MEDIOS DE TRANSPORTE NO MECÁNICO Transporte por gravedad

El transporte de gravedad se utiliza para la bajada del mineral en los frentes de arranque

de mantos de fuertes pendientes o inclinados como así también para la bajada del carbón, roca o relleno por las labores inclinadas o verticales.

Frecuentemente, los minerales se bajan por chimeneas y coladeros (Fig 1) su largo sobrepasa los 100 metros, su ángulo no baja los 75º. Si la chimenea para mineral tiene además el compartimiento de circulación, este debe ser separado del compartimiento para carga por un fuerte y completo revestimiento de madera o de acero.

Para la bajada del relleno frecuentemente se utilizan cañerías de acero de 250 a 300mm de diámetro con paredes de 8mm de espesor.

En caso de transporte de carbón, para reducir la trituración del carbón y el aumento de polvo durante su descenso en las labores verticales, se hacen coladeros helicoidales, que consiste en una caja cilíndrica con un canal interior en forma de tornillo (Fig 2)

La altura vertical del coladero puede alcanzar los 100 metros de longitud. El ángulo de inclinación de la línea del tornillo debe permitir que el carbón viaje a 1m/s

aproximadamente. Con el diámetro del coladero de 1mt su capacidad es de 200tn/hs. La desventaja de este sistema es el desgaste del canal.

La carga del material por gravedad se hace mediante tolvas, buzones y cierres. El cierre

de un buzón debe estar de acuerdo con las propiedades físicas del material a transportar: tamaño, grado de humedad, capacidad de compactación, etc. El ángulo de inclinación de fondo varía entre 35 a 50º. La sección de la abertura del buzón es cuadrada o rectangular. Para que el material no obstruya el cierre, la abertura de salida no debe ser menor a 3 veces del tamaño máximo del material. El ancho del buzón se elige de modo que sea posible una descarga rápida.

Existen varios sistemas de cierres para buzones. Para materiales blandos (carbón, esquistos) se utilizan los cierres de compuertas basculantes (Fig 3), mientras que para materiales de grandes trozos se utiliza los cierres con cadenas (Fig 4). En las minas mecanizadas se suele utilizar los cierres movidos por cilindros neumáticos (Fig 5).

El transporte por gravedad es uno de los métodos más baratos y simples de transporte (Fig 6). Siempre se los debe utilizar cuando:

1. La pendiente lo permite. 2. Si no existe limitaciones por trituración del

material 3. En caso de aumento de formación de polvo,

se debe tomar medidas para su disminución. Vagonetas Las vagonetas de minas se caracterizan por los siguientes parámetros: capacidad, carga

útil, tara, coeficiente de tara, número de ejes, coeficiente de resistencia al movimiento. Capacidad: según su capacidad, las vagonetas se dividen en tres categorías:

1. Pequeñas hasta 1,3m3 2. Medianas entre 1,3 y 2,7m3 3. Grandes >2,7m3

Actualmente hay tendencia de aumentar la capacidad de las vagonetas Fig 7. Tara qm o peso de la vagoneta sin carga: la disminución del peso propio de las vagonetas

aumenta la capacidad de transporte de la vía y conduce a disminuir la economía de la energía. Esto se realiza utilizando aceros aleados y aleaciones ligeras (aluminio).

Coeficiente de tara kt: es el cociente del peso de la vagoneta a su carga útil.

𝑘𝑡 =𝑞𝑚

𝑞=

𝑞𝑚

𝑉𝛾

Donde V: capacidad de la vagoneta, [m3] ɣ: peso específico del material transportado, [t/m3]

Número de ejes: las vagonetas de minas son todas de dos ejes. La sección transversal

de las vagonetas de minas depende de las dimensiones de las labores de transporte. Partes de las vagonetas: las vagonetas deben construirse para resistir a los diferentes

esfuerzos que se ejercen sobre ellas como el peso de su carga, resistencia de los golpes, desgaste y aguas ácidas, etc. Las principales partes de una vagoneta son:

Caja: originalmente era enteramente de madera. Más tarde se introdujo la chapa

roblonada a los hierros angulares. Ahora las cajas de vagonetas son todas de chapas estampadas y son enteramente soldadas. El estampado permite crear en las chapas nervaduras y rebordes que mejoran su resistencia. El espesor de la chapa varía desde 5 a 9mm. Para vagoneta de hasta 3,3m3 de capacidad comúnmente se utilizan cajas semicirculares, para tamaños mayores, cajas rectangulares con las ruedas en el fondo.

Por lo general, las vagonetas europeas son más altas que anchas y las americanas

son más anchas que altas. El ancho de la vagoneta no debe sobrepasar el ancho de la trocha. Para preservarla de la corrosión, las chapas de la caja es conveniente galvanizarla en

caliente por inmersión completa en un baño de cinc líquido. En cambio para las vagonetas grandes que sobrepasan los 6m3, difícilmente manejables se prefiere la pintura o la metalización.

Bastidor: normalmente la caja descansa sobre un bastidor, constituidos por dos

largueros, unidos por traviesas metálicas. Para aliviar el peso de las vagonetas pequeñas y medianas, ciertos constructores fijan el tren de ruedas directamente sobre la caja, prescindiendo del bastidor.

Rodamen: es el conjunto de ejes, ruedas y piezas de unión. En los rodámenes

modernos el eje va fijo sobre el bastidor, las ruedas tienen un diámetro de 350 a 400mm de diámetro, sus llantas son cónicas (1:40), sus cojinetes dobles, de bolas o de rodillos (cilíndricos o cónicos).

En este tipo de rodámenes las ruedas giran independientemente una de otra, mientras que los rodámenes con cojinetes comunes gira el eje con una rueda fija y la otra loca, lo que es necesario el paso por las curvas.

Ruedas: las partes esenciales de las ruedas son: el cubo, la llanta y la pestaña.

La unión entre el cubo y la llanta se realiza generalmente por discos con 4 a 6 agujeros circulares.

Bogies: al reducir la distancia entre los ejes, se mejora el paso por las curvas de

las vagonetas. Para las vagonetas muy grandes se recurre el empleo de bogies que son dos pequeños carros sobre los cuales descansa la caja que está unida con éstos por un eje vertical, alrededor del cual pueden girar.

Podemos citar el sistema semi-bogies axless, (Fig 8), particularmente estables en las curvas. La vagoneta descansa sobre cuatros semi-bogies constituidos cada uno por un tándem de dos ruedas locas, colocadas en el interior de un bastidor, formados por dos largueros. La unión entre la caja y el semi-bogie se realiza por un árbol vertical, compuestos de dos tubos telescópicos que cierran un resorte. Además, cada par de semi-bogies están unidos entre sí por bielas que las conservan constantemente paralelos. De esto resulta una fácil inscripción en las curvas, muy buena resistencia al descarrilamiento y una reducción de esfuerzos.

Suspensión: realiza una buena repartición de las cargas y absorber los golpes,

en particular en el caso de las ruedas por las juntas y las ramificaciones. Hasta 3tn de capacidad no se justifican las suspensiones. Por general, se utilizan resortes de láminas o cilíndricas. En los últimos tiempos, han estado introduciéndose también en las vagonetas grandes los bloques de caucho, cuya ventaja reside en su simplicidad y su precio reducido.

Topes: resisten choques durante la colisión de las

vagonetas y crea un intervalo entre sus cajas, necesarios para los trabajos de enganche y desenganche de los convoyes. En las vagonetas pequeñas se utilizan topes rígidos, y en las medianas y grandes, topes elásticos (Fig 9).

Acoplamientos o enganches: uno de los enganches más utilizados en las

vagonetas pequeñas y medianas, es el gancho y anilla. Los acoplamientos elásticos acompañan a los toples elásticos y los enganches automáticos. Los acoplamientos se construyen con un coeficiente de seguridad no menor de 6.

Tipos de vagonetas: según la forma de descarga de las vagonetas, se dividen en: Vagoneta fijas sobre bastidor Vagoneta volcadores Vagoneta con descarga en el fondo

Las más sencillas son las vagonetas de caja fija, pero para su descarga necesitan

volcadores. Su carga útil es de 1 a 10tn. Las vagonetas volcadores por costado, (Fig 10), tiene carga útil de 5 a 6tn, tiene amplia

aceptación en la minería. Sus inconvenientes son: alta posición del centro de gravedad, gran peso y descarga manual. Las vagonetas tipo Granby para descarga por cilindros volcadores (Fig 11), se acercan a los vagones de ferrocarril.

MEDIOS DE TRANSPORTE MECÁNICOS

Scrapers El transporte por scrapers, también llamado cucharas de arrastre, tiene una amplia

aceptación en explotaciones subterráneas de minerales metalíferos, sal, yeso, etc., en el avance de las labores subterráneas como así también en explotaciones a cielo abierto. (Fig 12)

¿Cómo funciona un scraper? La cuchara 1 (cajón abierto adelante y por debajo),

movida por el cabrestante 2 por intermedio de cables de carga 3 y de retroceso 4 y de la polea de retorno 5 realiza el movimiento de vaivén, arrastrando la roca en la dirección del transporte. (Fig 13).

Los cabrestantes para scrapers se construyen de dos o tres tambores, el primero se utilizan en transporte según una recta (recorte, galería, etc) en cambio el segundo se utiliza en frentes de gran largo y bajo ángulo (cámaras) (Fig 14)

En la mayoría de los cabrestantes de dos y de tres tambores, se colocan en un mismo eje

longitudinal con sus acoplamientos. En los cabrestantes de dos tambores también se encuentra la disposición paralela del motor con el eje de los tambores.

Los motores de accionamiento suelen ser eléctricos, en unidades pequeñas se utiliza el aire comprimido y en explotaciones a cielo abierto frecuentemente se encuentran motores diesels.

La potencia de accionamientos de los cabrestantes oscila entre los 10 y 120 cv; para labores a cielo abierto se fabrican en torno de 250 cv o más. La fuerza de tracción de los cabrestantes destinados a trabajar en el interior de las minas oscila entre 0,7 y 3tn.

Las cucharas utilizadas en minería metalíferas se dividen en: Cucharas de cajón: se los utiliza para transporte de rocas blandas, bien

desgarradas, con peso del material suelto poco elevado. Las dimensiones varían desde 0,25 a 1,6 m3, con ángulo de penetración que es el ángulo de inclinación de la pared trasera de 35, 40 y 45º.

Cucharas de rastras: se los utiliza para el transporte de material desigual en

tamaño, pesado y capaz de compactarse. Su capacidad varía de 0,2 a 2,5m3, con el ángulo de penetración de 45, 50, 55 y 60º.

Los scrapers de gran tamaño se hacen desmontables. En el caso de los cables, el de

mayor aceptación en instalaciones de scrapers varía de 12 a 25mm, tienen 6 torones de 19 alambres, con límite a la ruptura de 140 a 160 km/mm2. Las poleas para cables tienen diámetros de 200 a 400mm aproximadamente.

Canal oscilante

El canal oscilante es el más antiguo de los mecanismos de trasporte en frentes de

arranque. Durante un período largo fue el transporte básico en las hulleras. Fue muy utilizado hasta el año 1947, ha perdido terreno frente el transportador de rastras.

El canal oscilante se compone de una cubeta metálica, apoyos, cabeza motora y de las partes de la unión. La cabeza motora comunica al canal un movimiento de vaivén alternado, asimétrico.

En el primer período de marcha adelante, la cubeta del canal oscilante se mueve con una aceleración tal que el material transportado se desplaza juntamente con esta, sin separarse; al final del recorrido el canal es bruscamente detenido y en el segundo período la cubeta vuelve atrás rápidamente, el material bajo la acción de las fuerzas de inercia se separa de la cubeta y continúa desplazándose en la misma dirección (hacia adelante). Al final de la marcha de retorno la cubeta se para progresivamente y el desplazamiento del material se termina. En la Fig 15.a, se representa una gráfica en función del tiempo y los movimiento del canal su carrera total es de 30cm y el período de movimiento de 0,8seg. En la Fig 15.b, se representa una gráfica y se dan los valores sucesivos de la velocidad y de la aceleración. En estas condiciones, para la buena marcha del canal, se necesita que el mineral no retroceda en la primera fase AD de su movimiento y que se desprenda del canal en su segunda fase DE.

El mineral no se retrocederá en la fase AD, si:

𝑃𝑓 > 𝑀𝑎1

O 𝑎1 < 𝑓𝑔

Donde: f: 0,4 que es el coeficiente del rozamiento del mineral. P: peso del trozo de mineral, [kg] M: masa del trozo de mineral, [kgseg2/m] a1: aceleración del canal en movimiento AD, [m/seg2] g: aceleración de la gravedad, [m/seg2]

Introduciendo el valor de f en la ecuación:

𝑎1 < 0,4 × 9,81 Ó prácticamente

𝑎1 < 4𝑚 𝑠𝑒𝑔2

Como el mineral avanza durante el período de detención y retroceso del canal, la fuerza

de la inercia Ma2, donde a2 es la aceleración del canal en el movimiento DE debe predominar sobre los rozamientos. El mineral continuará avanzando si:

𝑀𝑎2 > 𝑃𝑓

Ó

𝑎2 > 4𝑚 𝑠𝑒𝑔2

Descripción de los canales: una línea de canales está formada por un cierto número de

cubetas unidas por ligaduras, que pueden descansar sobre elementos denominados sillas o

estar suspendida por cadenas. Las sillas guían las líneas de canales al mismo tiempo que las sostienen. El motor acciona la línea de canales mediante un elemento especial denominado canal de ataque.

La cubeta tiene normalmente 3m de largo. Está constituida de una chapa con bordes

levantados, reforzada en sus extremos. Los soportes de canales oscilante son de dos tipos: de cadenas y de sillas. Canales suspendidos: las cadenas están ligadas al canal y por otra parte enganchadas al

entibado. De este modo, la instalación no es afectada por el estado del piso ni por su grado de limpieza. El canal suspendido constituye un sistema pendular, que oscila espontáneamente según su propio período, de modo que en una instalación bien hecha el movimiento del canal, a pesar de la asimetría impuesta por su funcionamiento, puede obtenerse con reducido gasto de energía. Para el funcionamiento correcto del canal se necesita:

1) que las cadenas del canal estén en un mismo plano y que se mantengan así

durante el movimiento 2) que todas las cadenas tengan el mismo largo

3) que el largo de las cadenas permita una frecuencia de oscilación del mismo

orden de magnitud que la del motor Si estas condiciones no se cumplen, el canal suspendido producirá un gran ruido, el

movimiento de vaivén será sinuoso y su rendimiento disminuirá bruscamente. Para reducir el movimiento brusco de la parada del canal al final del avance, se invierte el

sentido de marcha en un punto A (Fig 16), pasando al lado opuesto de la vertical de suspensión OB, de modo que el canal al comienzo de su movimiento hacia atrás escapa por debajo del material, disminuyendo de este modo su adherencia y aumentando su movimiento de paleo.

Canales de bolas: cada cubeta descansa sobre una silla formada de dos partes: una fija

sobre el suelo y la otra que se desliza sobre la anterior, gracias a 4 bolas de 50mm el plano de rodamiento de las bolas es paralelo al canal y todas las masas en movimiento tienen un desplazamiento rectilíneo. Los caminos de los rodamientos son perfiles de partes desiguales. El sostén de bolas pesa aproximadamente 25kg y su altura es de 10 cm. Su funcionamiento es silencioso, cuando está bien montado (Fig 17).

Canales de ruedas: dos pequeñas ruedas montadas sobre un eje fijo al canal giran sobre

amplias placas de rodadura planas. Canal de ataque: para la unión entre el motor y el canal, se utiliza un elemento especial

denominado canal de ataque, que se fabrica de dos tipos: El canal de ataque por debajo se utiliza cuando el motor está colocado debajo del canal

(Fig 18). El fondo del canal está reforzado por una chapa de hierro y lleva refuerzos doblados en plano vertical. El conjunto está atravesado por 5 orificios que permiten la unión con la cabeza de la biela mediante un pasador de gran diámetro. La biela de ataque debe ser bastante larga, de 3 m o más.

El canal con ataque lateral tiene el inconveniente de no transmitir el esfuerzo según el eje del canal, pero permite instalar el motor de costado.

Transportador de rastras

El transportador de rastras (Fig 19) se compone de una o de dos cadenas cerradas, provistas de rastras que circulan una encima de la otra en un canal metálico inmóvil de dos compartimientos superpuestos. Las rastras desplazan por arrate el material a lo largo del tramo superior, mientras que el regreso del tramo vacío del transportador se hace por el compartimiento inferior. En los extremos del transportador se colocan el accionamiento y el órgano tensor.

Los transportadores de rastras utilizadas en explotación se clasifican en: 1) Transportadores comunes: son empleados para el transporte de carbón de los

talleres de arranque por chimeneas y recortes de explotación, frecuentemente en combinación con las cintas transportadoras; también se instalan en el segundo camino, separado del frente de arranque por una serie de estemples.

Generalmente son de tipo liviano, de una sola cadena. Su altura debe ser lo suficientemente pequeña, del orden de 250mm, para permitir su colocación en los mantos delgados.

2) Transportadores blindados: además del trasporte de carbón, sirve como apoyo para las rozadoras o arrancadoras. La construcción de sus canales debe ser resistente.

3) Transportadores frenantes: utilizados para el transporte bajo la acción de la fuerza de la gravedad, se construyen por una cadena o cable de discos de retención y canales de sección semicircular o angular.

4) El canal o cubeta del transportador de rastras se hace de elementos desarmables o no desarmables. Los canales no desarmables constan de una chapa mediana y de dos largueros laterales, frecuentemente laminados en Σ; mientras que los elementos desarmables se construyen en dos canales separados: para los tramos cargados y vacíos. En los canales blindados las cadenas del ramal cargado están guiadas. El largo de los elementos es casi siempre de 1,5m.

Cintas transportadoras La cinta transportadora está constituida de una cinta sinfín, órgano de accionamiento, de

un tambor de retorno y de caballetes con rodillos. El material transportado se encuentra sobre el tramos superior de la cinta, se desplaza con esta y se descarga por el tambor de retorno; el tramo inferior circula vacío, pero existen cinta transportadoras con el tramo inferior portador.

La cinta está constituida por un cierto número de fajas de algodón o de lana de celulosa, que se impregnan bajo presión con una mezcla apropiada de caucho, que asegura la adherencia de las capas entre sí, se engoma y protege exteriormente contra la humedad y la abrasión, por un recubrimiento de caucho (Fig 20.a). Las fajas de algodón dan a la cinta su resistencia mecánica a la tracción en el sentido longitudinal. El tejido “belting” de los rusos, que debe su resistencia a los hilos de algodón de doble toronado, soporta cargas de 2,2 a 2,5 veces mayores.

Para asegurar la resistencia contra inflamación de las cintas empleadas bajo tierra, éstas se fabrican de materiales refractarios al fuego: neopren, cloruro de polivinilo y caucho nitrílico. Tales cintas son más resistentes al desgaste, se estiran menos en el trabajo y son insensibles al agua, pero son más costosas.

En menor escala se fabrican cintas de fibras artificial (Fig 20.b), tal como rayón-pelón, que se prestan a la transmisión de altos refuerzos de tracción característicos de las cintas de gran longitud y son más resistentes a humedad (cintas de poliéster-poliamida)

Para la transmisión de esfuerzos grandes, dentro de la cinta se insertan clavos de acero (Fig 20.c).

De principio constructivo diferente son las cintas transportadoras en las que ellas sirven únicamente como elemento portador, y las tensiones se absorben por cables o cadenas. También pueden incluirse las cintas articuladas.

La resistencia de la cinta es la suma de las resistencias de las capas que la constituyen. El número de capas en la cinta puede variar entre 3 y 12, según el ancho de esta y la cuantía del esfuerzo de tracción.

Si aumenta la abrasividad, el peso específico y el tamaño de trozos de material transportado, se debe aumentar el espesor de la engomadura de la cinta. Los rusos aconsejan:

Material Espesor del recubrimiento

Superior [mm] Espesor del recubrimiento

Inferior [mm]

Carbón en trozos finos 1,5 1

Carbón todo uno 3 1

Roca 4,5 1,5

El ancho de la cinta varía de 300 a 2000mm en los trabajos subterráneos se utilizan

cintas de 650, 700, 800, 900, 1000 y 1200mm de ancho se fabrican cintas de 50, 100 y 150m. De mayores longitudes se obtienen de uniones de sus extremos.

Uniones de cintas transportadoras

La vulcanización se impone para todas las instalaciones de superficie y es también posible dentro de la mina, hasta en minas grisutosas, desde que existen prensas para vulcanizar de seguridad contra grisú.

Las extremidades de cintas, que hayan que cortarse en cuña y escalonadas, de modo que se abra en cada capa una faja oblicua de algunos centímetros (Fig 21); las capas se cubren con la solución de vulcanización (cola especial para caucho en bencina 1:4) y se aplican unas sobre las otras, con interposición de una fina placa de caucho. Los platos calentadores de la prensa, regulados aproximadamente a 135º, se mantienen cerrados a presión pareja sobre la cinta durante 2 o 3 hs. La resistencia de una cinta vulcanizada alcanza 70 a 85% de la resistencia estática de la correa. La vulcanización se impone para todas las instalaciones fijas dentro de la mina.

Las uniones mecánicas son más fáciles de hacer, pero son menos duraderos. Garantizan rápido montaje y desmontaje de la cinta y son indispensables para instalaciones móviles.

Entre las uniones mecánicas tiene mayor aceptación las uniones desmontables, tales

como las placas roblonadas (Fig 22), en los cuales se introduce un cable de acero como pasador; la unión se desarma sacando el cable.

La resistencia ce una unión mecánica correcta se estima entre el 40 y 60% de resistencia de una cinta nueva, pero disminuye rápidamente, debido al paso de la cinta sobre los tambores.

Infraestructura

Los rodillos de la cinta normalmente están montados en caballetes de chapa prensada

(Fig 23), fijo sobre cimientos de hormigón (en transportadores estacionarios). El tramo inferior es sostenido por un solo rodillo horizontal, el superior, por tres rodillos y

más raramente por dos. (Fig 24). Los rodillos portadores se fabrican de tubos de acero, montados sobre cojinetes de bolas.

La lubricación de los rodillos se hace normalmente mediante grasa. Para evitar que se ensucien los cojinetes, se utilizan juntas laberínticas, de caucho, de masa plástica, etc.

El desplazamiento del tramo superior se evita inclinando en un pequeño ángulo los ejes de los rodillos laterales, el lado exterior adelante (según el sentido de marcha); el tramo inferior de la cinta se desplaza sobre los rodillos cilíndricos, sin encorvarse en el sentido transversal.

La distancia entre juegos de rodillos normalmente se fija entre 1,2 y 2m para el tramo portador y entre 2 y 3,5m para el tramo de retorno.

Estación de accionamiento y transmisión del movimiento a la cinta

El accionamiento consta de tambores motores, tambores tensores, reductores, motores y estructura portadora.

Para las cintas transportadoras estacionarias se toman los diámetros de los tambores motores iguales a (125-150) i mm, para semi-estacionarias (80-100) i mm; aquí “i” es el número de capas de algodón.

El arrastre de la cinta en el órgano de accionamiento se hace por adherencia. La condición de marcha sin deslizamiento sobre el tambor motor se cumple si

𝑇

𝑡≤ 𝑒𝜇𝛼

Donde T: tensión del tramo de la cinta entrante sobre el tambor, [kg] t: tensión del tramo de la cinta saliente del tambor, [kg]

e: 2,718; base de logaritmos neperianos µ: coeficiente de rozamiento sobre la cinta y el tambor; tambor sin revestimiento

0,25-0,3; tambor revestido de tejido de caucho 0,35-0,40. α: ángulo de arrollamiento de la cinta sobre el tambor, [radianes]

En la siguiente tabla se dan los valores de 𝑒𝜇𝛼 : (Fig 25 y tabla) La diferencia F=T-t equilibra las fuerzas que se oponen al movimiento de la cinta –

diversos rozamientos, inercia. La tensión mínima necesaria de la cinta, según la condición de marcha sin deslizamiento,

en el punto de salida del tambor: En el régimen motor

𝑡𝑚𝑖𝑛 =𝑘𝐹

𝑒𝜇𝛼 − 1= [𝑘𝑔]

En el régimen de frenado

𝑡𝑚𝑖𝑛 =𝑘 𝐹 𝑒𝜇𝛼

𝑒𝜇𝛼 − 1= 𝑘𝑔

Donde k: coeficiente de exceso de tensión, igual a 1,2-1,3. Además se controla la flecha de la cinta sobre el tambor portador.

𝑓 = 𝑞 + 𝑞𝑐 𝑙

2

8𝑇𝑚𝑖𝑛

Donde q: carga por metro lineal de la cinta, [kg/m] qc: peso lineal de la cinta transportadora, [kg/m] l: distancia entre rodillos, [m]

Según normas, la flecha de la cinta:

𝑓 < 0,025𝑙 De aquí

𝑇𝑚𝑖𝑛 > 5 𝑞 + 𝑞𝑐 𝑙, [𝑘𝑔]

Según el esfuerzo a transmitir, las cabezas motrices se construyen de uno, de dos o varios tambores la Fig 25 muestra los principales tipos de la conducción de la cinta, que en muchos casos se determinan por las condiciones locales y la forma del transbordo del material.

Los órganos de accionamiento con un tambor motor corresponden a dos utilizaciones muy diferentes.

1. Para accionar transportadores de poco largo (30-40m), utilizando en frentes de arranque para franquear accidentes, o como transportador relais al pie de un frente de arranque o en avance de una galería. El motor es de pequeña potencia.

2. Para instalaciones potentes fijas, que suben los productos por un plano inclinado, ya que en estas condiciones la tensión del tramo flojo de la cinta está asegurada en gran parte por el peso propio de la cinta.

Por el contrario, con el empleo de un órgano de accionamiento de dos tambores motores se logra una economía.

Entre el motor y el reductor se coloca un acoplamiento elástico, a veces se utiliza un acoplamiento hidráulico. El reductor incluye dos o tres pares de ruedas dentadas, sumergidas en un baño de aceite.

Para la reducción del ancho de la estación de mando, en los transportadores semi-

estacionarios y transportables, el motor se coloca con su eje paralelamente al transportador, y en disposición transversal, por debajo del tramo inferior de la cinta.

Tambor de retorno

A un extremo del transportador, la cinta pasa por un tambor loco de retorno, alrededor del cual gira 180º. El diámetro de los transportadores pequeños, de 500 a 800mm, es de 200 a 300mm y para los transportadores grandes se toma igual a (100-125) i mm.

Dispositivo de tensión Tiene por fin asegurar el esfuerzo de tracción y limitar la magnitud de la flecha de la cinta

entre los rodillos. En los transportadores de potencia media a pequeña, para frentes o galerías de

transporte, la cinta se tensa simplemente por un tensor de tornillo o desplazando por aparejo o cabrestante el tambor de retorno; mientras que en instalaciones importantes la conservación de la tensión constante de la cinta se alcanza únicamente por adopción del sistema de contrapeso.

El empleo del tambor a presión (Fig 26) permite asegurar el accionamiento de la cinta sin tensión de retorno (Tsal=0).

El órgano de accionamiento en este caso puede transmitir el esfuerzo útil: Por presión t’: Pµ Por adherencia T-t’=t’ (eµα-1)=Pµ (eµα-1) En total F= P µeµα

De este modo, se reduce la tensión máxima de la cinta, lo que conduce a una cinta más

económica. Estos transportadores se utilizan en mantos con ondulaciones pronunciadas y poco potentes; en las depresiones la cinta menos tensa sigue fácilmente sus soportes, el tramos superior tienen menor tendencia a levantarse y rozar contra el techo.

Una interesante aplicación de este principio es la cinta motriz de a S.S.C.M., Francia, representada en negro en la Fig 27. La cinta transportadora (en blanco) es accionada por

presión entre el tambor 2 y la cinta motriz (arco α) y por adherencia alrededor del tambor 1 (arco β).

Hay tres tipos de órgano de accionamiento a cinta motriz, para potencias de 8 a 35cv. Pendiente límite

La pendiente ascendente de utilización de las cintas transportadoras está limitada por la

adherencia del material sobre la cinta:

24º 22º 20º 18º

Para arena húmeda Cisco o tierras húmedas Grava o carbón fino Carbón o relleno o material todo uno Materiales calibrados Piedras o materiales redondeados

17º 12-14º

Para el descenso del material para las cintas comunes no se debe sobrepasar 14º. Para extracción por chiflones o en instalaciones de superficie es posible aumentar el

ángulo de inclinación hasta 35º, para mineral bruto, por ejemplo, armando la cara portadora de la cinta con salientes o tarugos (Fig 28).

Cálculos de cintas transportadoras

Determinación del ancho de la cinta: el caudal Que de una cinta transportadora en

marcha es productor de a cantidad de material por metro del largo del transportador q [kg/m] y de la velocidad del movimiento del material v [m/seg], de modo que:

𝑄 =3600 𝑞𝑣

1000= 3,6𝑞𝑣 = [𝑡𝑛/𝑕]

Designamos con F, la superficie de la sección del material en la canaleta o sobre la cinta en m2 y por ɣ, densidad aparente en tn/m3, tenemos entonces:

𝑞 = 1000𝐹𝛾 El ancho B de la cinta se determina por el caudal horario Que y se controla por la

granulometría del material transportado. Para una cinta plana, se admite que en la sección transversal el material se reparta

según un triángulo isósceles (Fig. Sección transversal de la cinta) con la base b=0,8B y con el ángulo en la base б’’=0,35 б’, donde B es el ancho de la cinta y б’ es el ángulo de talud natural del material transportado (б’=30-50º). Así que:

𝐹 =𝑏𝑕

2=

𝑏

2

𝑏

2𝑡𝑔б′′ =

0,82

2𝐵2𝑡𝑔б′′

Ó

𝐹 = 0,16𝐵2 𝑡𝑔 0,35 б′ = m2 (1) En la cinta acanalada con el ángulo de inclinación de los rodillos laterales de 20º, la

superficie F1 aproximadamente igual a la superficie del triángulo superior con el ángulo en la base (0,35.45º) queda constante con el ancho dado de la cinta y la superficie del triángulo F2 depende del ángulo de base б’’=0,35 б’. Por esto

𝐹1 = 0,16𝐵2𝑡𝑔 0,35 б′ = [𝑚2]

𝐹2 = 0,16𝐵2𝑡𝑔 0,35 .45º = 0,045 𝐵2

𝐹 = 𝐹1 + 𝐹2 = 0,16𝐵2𝑡𝑔 0,35 б′ + 0,045𝐵2 = 𝐵2 0,16𝑡𝑔 0,35 б′ + 0,045 = 𝑚2 (2)

Introduciendo los valores de las expresiones (1) y (2) en la expresión

𝑄 = 3600𝑆𝑣𝛾 Se obtendrá: Para cinta plana

𝑄 = 3600.0,16𝐵2𝑣𝛾𝑡𝑔 0,35 б′ = 576𝐵2𝑣𝛾𝑡𝑔 0,35 б′ = [𝑡/𝑕] Para cinta acanalada

𝑄 = 3600𝐵2 0,16𝑡𝑔 0,35 б′ + 0,045 𝑣𝛾 = 𝐵2𝑣𝛾 576𝑡𝑔 0,35 б′ + 160 = 𝑡 𝑕 Para los cálculos aproximados se puede tomar б’=45º. En este caso el caudal será: Para cinta plana:

𝑄 = 576𝐵2𝑣𝛾𝑡𝑔 0,35.45º = 160𝐵2𝑣𝛾 = [𝑡𝑛/𝑕] Para cinta acanalada

𝑄 = 𝐵2𝑣𝛾 576𝑡𝑔 0,35.45º + 160 = 320𝐵2𝑣𝛾 = [𝑡𝑛/𝑕] De modo que el caudal de las cintas transportadoras se calcula por la siguiente fórmula,

en la cual se introduce un coeficiente de carga de la cinta kc que varía con la inclinación de la cinta:

𝑄 = 𝑘𝑐𝐵2𝑣𝛾 = 𝑡𝑛 𝑕𝑠 (4)

Valores de kc

Instalaciones de transporte hasta 10º 1

Instalaciones de transporte de 10 a 15º 0,9-0,95

Instalaciones de transporte de 15 a 18º 0,85-0,9

He aquí lo caudales teóricos en m3/h, material suelto, pendiente 0º, según Eicknoff. Resolviendo la ecuación (4) con respecto de B, obtenemos la expresión para el ancho de

la cinta

𝐵 = 𝑄

𝑣𝑘𝑐𝛾= [𝑚]

El caudal máximo de la cinta transportadora se puede obtener, fijando b=B y б’=б’’. Por

ejemplo, con б’’=б’=30º la sección máxima del material puede ser sobre la cinta plana casi tres veces, y sobre la cinta acanalada, dos veces mayor de lo normal. Luego hay que tener en cuenta estas posibles sobrecargas en el cálculo del motor, si la alimentación del transportador permite que se produzcan sobrecargas.

Por otra parte, en las instalaciones estacionarias, la dimensión máxima de los materiales transportados impone un mínimo al ancho de la cinta, más elevado para el material calibrado que para el material todo uno.

Para material todo uno: 𝐵 ≥ 2𝑎′

𝑚𝑎𝑥 + 200𝑚𝑚 5 Para material calibrado:

𝐵 ≥ 3,3𝑎′𝑚𝑒𝑑 + 200𝑚𝑚 6

Aquí a’ es la dimensión del trozo; se toma para material todo uno según trozos máximos,

para material calibrado, según trozos medios. En los transportadores subterráneos de frentes de arranque y de galerías, estas

relaciones (5) y (6) por lo general no se cumplen. Con el mismo ancho de la cinta el caudal transportador es tanto mayor, cuanta más alta

es la velocidad del movimiento. En las instalaciones subterráneas standard, la velocidad de la cinta se toma hasta 1,5m en ciertos casos hasta 2,5-3,5m/seg.

La velocidad de la cinta debe ser limitada más estrechamente cuanto más irregular es la carga del transportador y cuanto más corredizo es el material, para evitar la expulsión de los pedazos mayores, cuando pasan sobre los rodillos.

Determinación de resistencia al movimiento de la cinta

Las diferentes resistencias al movimiento de la cinta transportadora: rozamiento en los cojinetes de los rodillos, rozamiento de rodamiento del rodillo por la cinta, de la rigidez de la cinta y de sacudimiento del material sobre los rodillos, se toma en cuenta mediante un coeficiente de resistencia al movimiento de la cinta W.

La fuerza de resistencia al movimiento del tramo cargado de la cinta:

𝑅𝑐 = 𝑞 + 𝑞𝑐 𝑐𝑜𝑠𝛽 + 𝑞′𝑟 𝐿𝑤 ± 𝑞 + 𝑞𝑐 𝐿𝑠𝑒𝑛𝛽 =

𝑞 + 𝑞𝑐 + 𝑞′𝑟 𝑤𝑐𝑜𝑠𝛽 ± 𝑞 + 𝑞𝑐 𝑠𝑒𝑛𝛽 𝐿 = 𝑘𝑔 (7)

Y en el tramo vacío

𝑅𝑣 = 𝑞𝑐𝑐𝑜𝑠𝛽 + 𝑞𝑟′′ 𝐿𝑤 ± 𝑞𝑐𝐿𝑠𝑒𝑛𝛽 = 𝑞𝑐 + 𝑞′′

𝑟 𝑤𝑐𝑜𝑠𝛽 ∓ 𝑞𝑐𝑠𝑒𝑛𝛽 𝐿 = 𝑘𝑔 8

Donde

q: es 𝑄

3,6𝑣 - carga por metro lineal de la cinta, [kg/m]

qc: 1,1B(1,2i+δ1+δ2) peso lineal de la cinta transportadora (1,1: densidad media de la cinta; 1,25: espesor de una capa, [mm]); [kg]

i: números de capa en la cinta δ1 y δ2: espesores de recubrimientos superior e inferior de la cinta, [mm] q’r: Gr/l’ y q’’r=Gr/l’’ peso de rodillos referido a 1m de largo de la cinta cargada y

vacía (Gr, peso del rodillo, l’ y l’’, distancia entre los apoyos de rodillos en los tramos cargados y vacío)

w: coeficiente de resistencia al movimiento de los rodillos: 0,02-0,03 para transportadores estacionarios, 0,03-0,04 para condiciones medias de explotación, 0,04-0,06 para transportadores instalados dentro de las secciones de explotación.

En la expresión (7) el signo “+” se toma en la subida de la carga y el signo “-“, con la

bajada. En la expresión (8) en el segundo miembro los signos se toman inversos. Las resistencias en los tambores de desviación se adoptan: Con el ángulo de arrollamiento α=180º

𝑅𝑡 = 0,05 − 0,07 𝑇𝑒𝑛 = 𝑘𝑔 Con el ángulo de arrollamiento α=90º

𝑅𝑡 = 0,03 − 0,05 𝑇𝑒𝑛 = 𝑘𝑔 La resistencia en los tambores motores se toma en cuenta en la determinación de la

potencia del motor mediante el rendimiento de los tambores. Así con tambores motores dobles 𝜂𝑡 = 0,92 − 0,93, con tambor motor único 𝜂𝑡 = 0,95 − 0,96.

El órgano de accionamiento siempre se debe instalar en el extremo del tramo que tiene mayor resistencia.

Con Rc>Rv: en el extremo del tramo cargado Con Rc=Rv: en el extremo del tramo cargado o en el extremo del tramo vacío Con Rc<Rv: en el extremo del tramo vacío Esfuerzos en la cinta: para la determinación de los esfuerzos en cinta se traza un

esquema de la instalación, con indicación de sus puntos característicos, empezando desde el punto de salida de la cinta del tambor.

Mediante el examen progresivo, según el cual el esfuerzo en cualquier punto del órgano de arrollamiento es igual a la suma del esfuerzo en el punto precedente del camino y de la resistencia en la sección entre estos puntos, se establecen las ecuaciones de los esfuerzos para estos puntos.

Son posibles tres posiciones básicas de la cinta:

1. cinta instalada horizontalmente 2. cinta inclinada con carga ascendente 3. cinta inclinada con carga descendente

Conforme con el esquema las tensiones en los diferentes puntos: T1=0 T2=T1+R1-2=T1+Rv T3=T2+R2-3=T2+kT2= (1+k) T2 = (1+k) (T1+Rv) T4=T3+R3-4=T3+Rc= (1+k) (T1+Rv)+Rc= (1+k) T1+ (1+k) Rv+Rc El valor de la tensión de la cinta en el punto 1 (T1) se toma del diagrama de tensiones. Elección del motor: para la determinación de la potencia del motor se han propuesto

muchas fórmulas y de gráficos. Según el método progresivo, la potencia en el eje del motor en el régimen motor:

𝑊 =𝑇 − 𝑡 + 𝑅4−1

102𝜂𝑣 = 𝑘𝑤

En el régimen frenado

𝑊 =𝑡 − 𝑇 − 𝑅4−1

102𝑣𝜂 = 𝑘𝑤

Donde η: rendimiento del reductor de velocidad, o,8-0,9 R4-1: resistencia sobre el tambor de accionamiento

𝑅4−1 = 0,04 𝑇 + 𝑡 = [𝑘𝑔]

Potencia nominal del motor (para ambos casos)

𝑊𝑚 = 𝑘𝑚𝑊 = 𝑘𝑤 Donde km=1,1-1,2; coeficiente de exceso de la potencia. En los gráficos (Fig 29), la potencia de la cinta se determina como suma de tres

miembros: Potencia necesaria para arrastras la cinta vacía

𝑁1 = 0,004𝑞𝐿𝑣 + 0,015𝑞𝑣 = 𝑐𝑣 Donde q: peso de los dos tramos de la cinta por metro del transportador y de la parte

móvil de los rodillos, [kg/m] L: largo de la cinta, [m] v: velocidad de la cinta, [m/seg]

Potencia suplementaria para transportar el caudal Que, suponiendo que el transportador

es horizontal:

𝑁2 = 𝑄 0,00016𝐿 + 0,001 = 𝑐𝑣 Potencia positiva o negativa debido a la pendiente

𝑁3 =1000

3600

𝑄𝐻

75= 0,0037𝑄𝐻 = 𝑐𝑣

Donde H es desnivel entre dos extremos de la cinta, [m] La potencia nominal es:

𝑁𝑚 = 1,15 𝑁1 + 𝑁2 + 𝑁3 = 𝑐𝑣 Por el contrario, si el transportador baja los productos, N3 es negativo, y el consumo de

potencia puede ser menor cargado que vacío. Estamos en este caso sí:

𝑁𝑚 = 𝑄 1,6𝐿 − 37𝐻 10−4 = 𝑐𝑣 Es negativo (si H es mayor que 0,043L); lo que corresponde a una pendiente de 21/2º. En

estas condiciones, la potencia nominal del motor debe calcularse para arrastrar el transportador sin carga, de donde:

𝑁𝑚 = 1,15𝑁1 Cálculo de N1: (Fig 29.a) sobre la recta correspondiente el ancho de la cinta, buscar el

punto que tenga como abscisa, leída en escala inferior, el largo del transportador; la horizontal de este punto da en la escala de la derecha la potencia en vacío para una velocidad de 1m/seg; el punto donde esta corta la recta correspondiente con la velocidad real, tiene como abscisa la potencia buscada, leída sobre la escala superior.

Cálculo de N2: (Fig 29.b) sobre la recta N2100/Q= 0,016L: las ordenadas dan la potencia

para transporte horizontal de 100tn/h en función de L leída en abscisa en escala inferior, el punto de igual ordenada sobre la recta corresponde al caudal, tiene por abscisa la potencia buscada, leída sobre la escala superior.

Cálculo de N3: (Fig 29.c) sobre la recta N3100/Q= 0,37H, las ordenadas dan la potencia

para el transporte vertical de 100tn/h, en función de H, leído en abscisa en la escala inferior; el punto de igual ordenada sobre la recta correspondiente al caudal, tiene como abscisa la potencia buscada, leída en escala superior.

Se debe observar que las fórmulas precedentes suponen implícitamente que la carga del transportador es constante de un extremo a otro, pero no siempre es así:

En un frente de arranque, la carga aumenta progresivamente a medida que se acerca al punto de descarga; en general se podrá calcular Nm tomando como Que la mitad del caudal real.

En una galería el transportador puede alimentarse en uno o varios puntos o funcionar vacío en un cierto espacio; para el cálculo de Nm será necesario considerar separadamente las partes cargadas uniformemente y sumar las potencias encontradas para las diferentes partes.

En frentes de arranque hay roces anormales de la cinta sobre los rodillos bloqueados, fricción en elementos de fortificación, por lo cual la potencia puede aumentar, en un 30% por ejemplo.

Método alemán

Este método de cintas acanaladas está normalizado en DIN 22101. Conforme a esta reglamentación, la superficie portadora del material está precisada en la Fig 30. Desde 6º de inclinación se debe descontar de la superficie de la sección del material 1% por grado de inclinación.

La potencia N del motor según las normas alemanas:

𝑁 =𝐶𝑓𝐿

270 3,6𝑞𝑡𝑣 + 𝑄 ±

𝑄𝐻

270= [𝑐𝑣]

Se tomará signo “+” para el transporte ascendente, signo “-“, para el transporte descendente.

Aquí: (Fig 31) C: coeficiente de resistencia sobre los rodillos, rozamiento en los cojinetes de los

rodillos, resistencia de los lugares de descarga; para las labores subterráneas incremento de 20 a 80%

f: coeficiente de rozamiento en los rodillos, de 0,015 a 0,030, según la construcción de los cojinetes.

L: largo de la cinta transportadora, [m] qt: peso por metro lineal de los tramos superior e inferior de la cinta y de la parte

respectiva de los rodillos v: velocidad de la cinta, [m/seg] Q: caudal, [t/h] H: desnivel entre los extremos de la cinta, [m]

Para la elección del motor se aplicará el rendimiento del acoplamiento η=0,80 El valor de la tracción máxima de la cinta T se obtiene por la fórmula:

𝑇 =75𝑁

𝑣 1 +

1

𝑒𝜇𝛼 − 1 = 𝑘𝑔

A continuación se reproduce el gráfico de Eickhoff (Fig 32), para la determinación de la

potencia de los accionamientos de las cintas. La resistencia de las cintas obliga a limitar la potencia unitaria, que no sobrepasa 150 a

200cv con la cinta clásica. El transporte a grandes distancias supone el empleo de varios transportadores en serie, sobre todo si se necesita elevar el material.

Determinación de número de capas de la cinta: la verificación de la cinta se hace en base

a la tensión máxima. Cintas de algodón

𝑇 =𝐵𝑖𝐾

𝑚= 𝑘𝑔

Aquí T: esfuerzo de tensión máximo, [kg] B: ancho de la cinta, [cm] i: número de capas de algodón K: resistencia a la ruptura del algodón: 50, 60 ó 80 kg/cm m: coeficiente de seguridad: 3-5 para 11 capas, 6-9 para 12 capas y 10-14 para

13 capas. Los datos sobre el número de capas de tejido para las cintas de diferente ancho se dan

en la siguiente tabla:

En este tipo de cintas, el número de capas portadoras es i-1. Además según la elección

del motor y del acoplamiento se debe contar con un momento de arranque 1,4 veces mayor; la resistencia a la ruptura K= 200kg/cm y el coeficiente de seguridad m=7.

Cintas con cable de acero. Designadas en Alemania, con resistencia a la ruptura de 1000-4000 kg/cm, ya en su

designación incluyen una seguridad de 10 veces. Por ejemplo, St 1500 significa que por cm de ancho puede transmitirse 150 kg con una seguridad 10.

Ejemplo: B=100cm; T= 15000kg

𝐾 =𝑇1,4 × 7

𝐵=

15000 × 1,4 × 7

100= 1470 = 𝑆𝑡 1500

Finalmente, en la Fig 33, se dan los largos y altura de elevación que se pueden alcanzar

con diferentes tipos de cintas transportadoras. Frenos: tienen por fin detener la cinta al faltar la corriente. Cuando los materiales suben la

pendiente con ángulo de 5 a 8º, se utilizan detenedores de bolas o frenos electromagnéticos, que actúan en el sentido inverso a la marcha normal. Su acción se anula al momento en que se alimenta el motor.

Campo de utilización Frente de arranque: en las minas de carbón de Alemania, Francia y Rusia, la utilización

de la cinta transportadora en los frentes de arranque se restringió mucho a favor del transportador de rastras. En Inglaterra, debido a las condiciones geológicas muy favorables: mantos de carbón horizontales, de potencia media, con techo firme, la cinta es el empleado de los transportadores de los frentes de arranque de las minas de carbón. Las cintas tienen de 500 a 750mm de ancho, se apoyan sobre los rodillos en V (Fig 34), su velocidad es de 0,75m/seg. El blindaje permite recibir directamente el carbón que cae del frente y desplazar la cinta sin desarme. En USA se utilizan cintas extensibles conjuntamente con minador continuo y aseguran los rendimientos elevados y son de usos muy prácticos (Fig 35).

Galerías de frente de arranque: aquí la cinta es el medio de utilización más común Galerías principales: en ciertas hulleras en EEUU, el tráfico de vagonetas se reemplaza

completamente por cintas transportadoras hasta los pozos. Chiflones: las cintas transportadoras se utilizan en chiflones y planos inclinados con

inclinaciones desde 18º para subir o bajar el carbón o relleno en las secciones de explotación, hasta pueden asegurar la extracción de minas de profundidad moderada.

En la hullera Schwager, Chile, la producción de 2600tn/día que viene de 600m por debajo del océano Pacífico, se extrae por una cinta de 1500m (5 elementos de 300m cada uno), cuya pendiente es de 18º.

Explotaciones a cielo abierto: las cintas transportadoras tienen amplia utilización en los

trabajos a cielo abierto para transporte de carbón y rocas, desde los frentes de arranque hasta las instalaciones de clasificación, depósitos y lugares de carga en los vagones de ferrocarril.

Al utilizar la cinta transportadora, la distancia de transporte desde la profundidad de 200m disminuye 4 veces en comparación con el transporte de camiones y de 12 a 16 veces en comparación con el transporte de ferrocarriles.

Las cintas transportadoras deben utilizarse en las explotaciones a cielo abierto para transporte de grandes masas (de 500 a 15000 t/h) sobre las distancias relativamente pequeñas (de 250m a 6km).

En un país de clima frío, el empleo de la cinta es difícil, ya que con temperaturas por debajo de -20º, disminuye su elasticidad y aumenta la adherencia del material por congelamiento, lo que conduce su desgaste rápidamente.

El control de las grandes instalaciones de cintas a cielo abierto, se hace desde los puestos centrales.

Superficie: tanto en la superficie de las minas como dentro de ellas, los límites de empleo

de cintas transportadoras se emplean cada día más. Debido a su gran capacidad de transporte, acompañada por uniformidad de la

alimentación, la cinta es el medio usual de transporte de materiales en las canchas de materiales (carbón, mineral), entre diferentes edificios en las plantas de beneficio, coquerías, etc.

Las cintas también empiezan a introducirse como medio de transporte a gran distancia, en reemplazo de transporte por ferrocarriles y por camiones que pueden superar a 210km de distancia.

Problemas generales de instalación Puntos de carga: la carga de la cinta se hacen por intermedio de los embudos que dirigen

el material a la parte central de la cinta, con cierta inclinación en el sentido del movimiento de la cinta, para poder reducir los golpes y la deterioración.

El canal de transbordo a veces presenta en su extremo un corte en forma de cola de golondrina que deja pasar primero los pedazos finos a fin de formar sobre la cinta un colchón protector contra los bloques gruesos.

La instalación de rodillos en el punto de carga debe respetar varias reglas: 1. Para dar a la cinta cierta elasticidad en el punto de impacto, en la proximidad

inmediata se eliminan los rodillos 2. Se aconseja una suspensión elástica de los rodillos 3. Conviene aumentar la inclinación de los rodillos laterales de la cinta acanalada

para centrar mejor los productos. 4. Para evitar la obstrucción del canal de carga, se coloca un detector móvil,

empujado por material acumulado y qu abre un contacto en el circuito de mando. Conservación de la cinta: la cinta es un órgano fácilmente deteriorable y debe ser vigilada

cuidadosamente se la debe limpiar del polvo fino y de los restos de materiales, a la salida del tambor de descarga, mediante bandas raspadoras de caucho.

La temperatura de los tambores se controla por medio de un termómetro líquido o un tapón de aleación fusible.

Si la cinta del transportador colector se detiene por alguna razón (detención del motor, patinaje, etc.) hay que detener inmediatamente los dispositivos de alimentación; en l cual se utilizan relais taquimétricos accionados por un rodillo que mueve la cinta. Al disminuir la velocidad por debajo de un valor de regulación, se abre el contacto en la línea de mando y los motores se detienen.

Los rodillos taquimétricos utilizados para la detención automática de transportadores en cascada, se utilizan con el mismo fin con motor eléctrico con temporización al arranque.

Variantes de transportadores de cinta Transportador de tramo inferior portador: el tramo inferior cargado se desliza

directamente sobre el piso, mientras que el superior se desplaza sobre tubos fijos o rodillos junto al techo. Es muy práctico en frentes de arranque de mantos pocos potentes, gracias a su baja altura y su fácil carga, pero su desventaja es el aumento de consumo de energía.

Todos los órganos de accionamiento clásicos son utilizables; pero en los frentes de arranque es preferible elegir los que exigen una tensión débil de la cinta. Con mayor frecuencia la cinta inferior descarga su material directamente sobre la cinta normal de la galería principal. En este caso, se hace describir la cinta inferior, por medio de tambores auxiliares, un camino análogo como indica la Fig 36.

El largo de la cinta inferior no sobrepasa los 200m y su rendimiento es de 60 a 80tn/h.

Transportador monocinta: se compone de una correa de caucho, un tambor de cinta

transportadora y un cabrestante con cable. E largo de la cinta es igual al largo del frente de arranque, en el cual entra arrastrada por el cable movido por el cabrestante. Una vez cargada se mueve en el sentido contrario, arrastrada por el tambor instalado en el final del taller de arranque. Durante este movimiento la cinta se desliza directamente sobre el piso.

En otra variante, la cinta es movida en ambas direcciones por dos cables en un taller doble, para descargar el carbón en la galería central.

Transportador de dos tramos portadores: esta cinta permite el transporte de materiales

por ambos tramos, pero son un sentido privilegiado. Generalmente ambos tramos están superpuestos, pero existen instalaciones con los dos tramos uno al lado de otro, soportados por la misma manera, dando así capacidades de transporte análogas en ambos sentidos. A esto se llega sometiendo a la cinta por lo menos a dos torsiones de 90º alrededor de su eje mediante el empleo de rodillos horizontales y verticales.

Transportador de cinta con tracción de cables: la función portadora y la de la tracción son

autónomas. La cinta es el órgano portador y los cables los de tracción (Fig 37 y 38). Placas de acero se amoldan a una cinta 1 de baja resistencia, de una o de dos capas de

tejido, a intervalos de 0,75 a 1,2m, dejando sobresalir sus extremos a uno y otro lado; dichas placas terminan en patines 2 simétricos revestidos de caucho, mediante los cuales la cinta descansa sobre dos cables laterales 3 que arrastran por fricción y por la penetración de los hilos en los revestimiento de caucho. Los cables de 25 a 35mm de diámetro se apoyan sobre las 4 poleas, bastantes próximas para reducir la flecha que estas toman. La cinta se encorva libremente entre sus patines. En los puntos extremos la cinta contornea los tambores de descarga 5 y de tensión 6, mientras que los cables pasan sobre poleas de mando 7, de tensión 8 y de desviación 9, que son análogas a las que se usan en un arrastre sinfín.

Su largo varía de 600 a 1500m; algunos alcanzaron los 4,6km. Incrementan la producción de 150 a 300tn/h a veces más de 300m según la vertical y están equipadas con órganos de accionamiento hasta de 300cv.

Transportador de cinta de tracción por cadena de Hörstermann: al igual que la cinta por

tracción por cables, en la cinta con tracción por cadena (Fig 40 y 41), las funciones portadora y de tracción actúan por separado. El esfuerzo de tracción no se transmite por los tejidos de algodón, sino por cadena plana, tipo de Galle 2, provista cada dos eslabones de platos portadores de chapa de 150x90mm, forrado de un revestimiento de elevado coeficiente de frotamiento, sobre los cuales descansa libremente la cinta. El tramo inferior queda sostenido por un rodillo único 4, el tramo superior 1 por un tren acanalado 3 cuyo rodillo central es reemplazado por una polea de acero 5 que guía la cadena.

El accionamiento motor y el retorno en el otro extremo llevan, además de los tambores para la c, sendas ruedas dentadas para la cadena. La potencia consumida es del mismo orden que en los transportadores clásicos. El largo no está limitado por la resistencia de la cinta, sobrepasando 1km.

Cintas de acero articuladas: Una cinta articulada (Fig 42) está formada por un tablero sin

fines constituidos por segmentos de chapa de 3-4 mm de grueso, levantados sobre los bordes, con nervaduras de refuerzo embutidas en caliente. Se traslapan unas a otras a modo de escamas, que no se abren si en los retornos terminales las placas tienen generalmente 160mm de largo, con bordes de 100 a 130mm de alto. El alto de la cinta ha sido normalizado en 400, 540, 640, 800 y 1000mm.

Como órgano de tracción sirven dos cadenas de eslabones planos o una cadena de

eslabones planos o redondos. Cada eslabón que lleva sujeta la placa de carga, tiene también un largo de 160mm. Las 10 placas de cinta articulada constituyen una sección que en unos de sus extremos lleva un par de rodillos móviles que ruedan sobre los angulares del bastidor que sirven de carril. La placa portadora de rodillos es de construcción reforzada. Si el arrastre de la cinta se efectúa solamente con una cadena, esta se coloca en el centro debajo de las placas.

Los transportadores de cinta articulada con 2 cadenas pueden pasar las curvas de 100m de radio, mientras que de una sola cadena permite franquear las curvas de 30m de radio, de 15m de radio para cadenas de eslabones redondos y de 6m de radio con elementos especiales para curvas. La cadena central parece limitarse a cintas estrechas de 400 a 540mm.

El accionamiento puede instalarse en la cabeza del transportador, en el retorno, o incluso en un punto intermedio. Los primeros se componen en ruedas en estrella para cadenas, accionadas mediante engranajes y acoplamiento elásticos o de líquidos, por uno o dos motores montados en ambos costados. En el accionamiento intermedio generalmente se sustituyen las ruedas en estrella por una o dos cadenas sinfín, de arrastre (Fig 43). En recorridos horizontales

y con capacidad de transporte hasta 150tn/hs, pueden dominarse con un solo motor longitudes de hasta 800m. Debido a los costados y al fondo irregular, estos transportadores pueden subir la carga hasta 30-40º de pendiente. La velocidad de transporte es de 0,8 a 1,2 m/seg.

Locomotoras

Las locomotoras subterráneas se dividen en locomotoras eléctricas, locomotoras diesel, locomotoras de aire comprimido. La locomotora eléctrica tiene mayor aceptación en la minería subterránea y se construye de dos tipos: locomotora de contacto y locomotora de batería (Fig 44). También de uso frecuente es la locomotora diesel, mientras que la locomotora de aire comprimido es característica de las minas grisutosas.

Las locomotora subterráneas construidos para arrastrar trenes relativamente livianos (50 vagonetas de 1 o 2tn, con velocidad que pocas veces sobrepasa los 4m/s en vía horizontal, y tiene una potencia media de 25 a 50kw, raramente sobrepasa los 100kw, su peso varía entre los 7 a 35tn.

Locomotoras eléctricas: reciben energía directamente de la red de corriente continua. Su

parte mecánica se compone de un bastidor, rodamen, suspensión elástica, sistemas de frenado y de arenado. El bastidor consta de planchas longitudinales y transversales, unidas entre sí por roblonado o soldadura. Está suspendido sobre elásticos que se apoyan sobre el rodamen.

Se diferencian dos tipos de suspensión del bastidor sobre resortes: individuales o directos y mediante balancín transversal o longitudinal. Con suspensión mediante balancín, los resortes trabajan como un sistema único, unido por articulaciones; gracias a esto alcanza la distribución uniforme de la carga.

La cabina del conductor con aparatos de mando se encuentra en la parte delantera o en el centro de locomotora. Los pares de ruedas y los motores eléctricos están ubicados en la parte central, la resistencia de arranque y los demás mecanismos, en la parte trasera.

Todas las locomotoras están provistas de frenos. Se diferencian de tres métodos de frenado: mecánico, electromagnético y reostático. La fuerza de frenado se origina por cuenta del rozamiento de los zapatos contra las ruedas o de especiales zapatos electromagnéticos

contra los carriles, o también desconectando el motor de la línea, interconectando los extremos del circuito de excitación y cerrando el rotor con una resistencia graduable.

El uso del freno del zapato es obligatorio. Las unidades pequeñas tienen mando manual por varillaje. En las locomotoras mayores se utilizan los mandos neumáticos e hidráulicos que aseguran la aplicación uniforme de intensa de los frenos.

El frenado reostático no asegura el paro completo del tren y no puede detener de no moverse en vía inclinada. Además el frenado eléctrico conduce a calentamientos suplementarios y el desgaste adicional de los motores.

El frenado de las locomotoras de aire comprimido y las locomotoras diesel se realiza por el cierre de la llave de mando, respectivamente desconexión del carburante, por lo que en los cilindros de las locomotoras de aire comprimido se forma un alto vacío y con locomotoras diesel una fuerte compresión, utilizando para su producción la energía cinética del tren.

Para el arranque de los trenes pesados y durante su movimiento. Por vías sucias, para evitar patinaje, se aumenta superficialmente el coeficiente de adherencia de las ruedas con los carriles. Con este fin las locomotoras tienen un sistema de arenadores.

Locomotoras de acumuladores: se utilizan sobre todo en las galerías de explotación de

las minas grisutosas de carbón y en aquellos lugares donde las condiciones de explotación no permiten tender el conductor aéreo a la altura necesaria. Por esto, las locomotoras de acumuladores se fabrican en ejecución normal y protegidas contra explosiones. Estas locomotoras reciben su energía de una batería de acumuladores, colocada en la locomotora misma. La batería de acumuladores se carga en los garajes de las subestaciones de carga. Por llevar las locomotoras su energía de trabajo, a potencia igual, son más pesadas que las respectivas locomotoras de trole. Por otra parte, su radio de acción queda limitado por la capacidad de los acumuladores.

Locomotoras diesel: son más económicas en el servicio que las locomotoras de

acumuladores. Se caracterizan por su construcción a prueba de salida de llamas y por la cantidad minina de gases tóxicos en los productos de escape.

Los motores trabajan con mezclas pobres. La temperatura de los gases de escape se rebaja inyectando por chicler el agua. Antes de su salida a la atmósfera, los gases se enfrían de nuevo y se lavan en la caja de agua, donde se eliminan CO, aldehídos y óxidos de nitrógenos. La aspiración y el escape del motor se protegen con paquetes de placas de cobre de 1mm de espesor e intervalo de 0,8mm, que apagan rápidamente las partículas incandescentes. En este caso de desperfecto en el circuito del agua, el combustible se corta automáticamente.

Las principales partes de las locomotoras diesel son: motor con sistema de arranque, circuitos de refrigeración y depuración de gases de escape, embrague de fricción o hidráulico, caja de velocidades mecánicas o hidromecánica, transmisión por cadena o por cigüeñal-manubrio.

Los motores diesels son de 4 tiempos de 1200 a 1300rpm. Su arranque se realiza mediante un arrancador de inercia, por intermedio de un volante y en minas no peligrosas por grisú con electrostarter.

El peso de la locomotora oscila entre los 6 y 15tn, de potencia 30 a 100cv y la velocidad de 5 a 12km/h. el consumo de combustible de los motores oscila entre 180 y 200gr de gas oíl por cv/h con un valor calorífico de 10000kcal/kg.

Se construyen locomotoras mixtas con 2 motores eléctricos alimentados por trole y un motor de diesel, de un eso de 7 a 10tn y potencia de 30 a 4okw. Estas con marchan con motor diesel en labores peligrosas según grisú y con tracción eléctrica en las demás galerías.

Locomotoras de aire comprimido: por su construcción las locomotoras de aire comprimido

son similares a los demás locomotoras; tiene el mismo bastidor, los mismos sistemas de arenado y de frenado.

Su peso se acerca a 10tn, potencia de 30 1 45cv, velocidad de marcha con trenes de 65 a 100tn alcanza los 10 a 15km/h, su radio de servicio, 5 a 8km. Para maniobras se hacen unidades más pequeñas. Las locomotoras tiene uno o varios depósitos 2 para aire comprimido de alta presión (150 - 250atm) de capacidad total de hasta 1700lt (Fig 45). De los depósitos el aire pasa a las válvulas de reducción 4, donde su presión disminuye hasta 15atm; con esto su

temperatura baja de +25º hasta -15º. Después el aire se calienta hasta una temperatura de +15º en el calentador –un cilindro hermético atravesado por una serie de tubos de cobre, por los cuales circula el aire exterior. De aquí el aire entra en el cilindro de alta presión 7, donde se expande hasta cerca de 6atm. El aire refrigerado para la expansión entra el calentador 9, donde de nuevo su temperatura sube hasta 15º. Por fin, alcanza el cilindro de baja presión 12, que abandona con una presión de 1,5 atm, mezclándose con el aire exterior.

La carga de los depósitos se hace en las estaciones de carga instaladas en los enganches y alimentadas por comprensores desde la superficie.

También se construyen motores rápidos de aire comprimido a expansión simple, de a 6 cilindros dispuestos en estrella (Fig 46), cuyos émbolos trabajan sobre el cigüeñal común.

La principal ventaja de las locomotoras de aire comprimido es su absoluta seguridad en atmósfera grisutosa, por lo que su campo de utilización –minas de fuera categoría (clasificación de Rusia). Pero su rendimiento es muy bajo, entre 10-12%. El gasto de energía es 3 veces mayor, 0,6kwh/tkm contra 0,2 kwh/tkm para las locomotoras eléctricas.

Locomotoras para explotaciones a cielo abierto En explotaciones a cielo abierto se utiliza locomotoras de vapor, diesel o eléctricas. Estas

locomotoras trasportan cargas importantes; trenes de 2000 a 3000tn, sobre largas rampas de 3 a 4%, con velocidad de 20 a 30 km/hs, su potencia varia de 800 a 2500kw y su peso 80 a 180tn.

Las locomotoras industriales se utilizan corrientemente en las minas metalíferas

subterráneas. Locomotoras de vapor: todavía tienen amplia aceptación en las explotaciones a cielo

abierto de Rusia para el transporte de grandes masas. Son utilizados también en Alemania, en explotaciones de lignito.

Las locomotoras de vapor se diferencian según el ancho de la trocha, la fórmula de sus ruedas y la presencia o ausencia de ténder.

Fórmula de las ruedas: es la designación numérica del número y tipo de los ejes de las

locomotoras. Además de los ejes motores, la locomotora de vapor puede tener ejes libres. El primer número designa el número de los ejes delanteros, el segundo de los ejes motores, tercero el de los ejes traseros. La falta de eje se indica por cero. Por ejemplo la locomotora de la serie E /Rusia) tiene 5 ejes motrices, su fórmula 050.

En locomotoras de ténder este contiene una reserva para carbón de 7 a 20tn y de agua de 20 a 25m3. Las locomotoras normales no llevan tender. La pequeña reservas de carbón y de agua se distribuye en el costado de la caldera o entre el bastidor de la locomotora. No se presta para el transporte de grandes masas y sus pequeñas dimensiones facilitan el paso de las curvas con radio de 30 a 40m.

Locomotoras eléctricas: la electrificación a cielo abierto es uno de los principales puntos

del desarrollo técnico de trabajos de superficie. Sus ventajas son: Mayor rendimiento (14-16) Trabajo con pendientes de 40-45% Mayor velocidad media y mayores aceleraciones Continua disponibilidad para el trabajo Buen comportamiento bajo difíciles condiciones climáticas No consume energía durante las paradas

Los inconvenientes del transporte por trenes eléctricos es la presencia de la línea de

contacto ya que es un gran gasto inicial. El tipo básico es la locomotora de contacto, predominantemente de corriente continua,

más raramente de corriente alternada, monofásica. Además de las vías no electrificadas de las explotaciones a cielo abierto se utilizan a

locomotora de acumuladores y los tipos mixtos: la locomotora de contacto y de acumuladores y locomotora de contacto y diesel.

Las locomotoras de contacto reciben la energía directamente de la red eléctrica. Las locomotoras eléctricas de contacto se construyen para el ancho de la trocha de

900mm y sobre todo de ancho normal: 1435 en Alemania y 1524 en la URSS. La mayoría de las locomotoras se construyen de dos carretones, cada uno de dos

ruedas, sobre las cuales se apoya la cabina del conductor. En la fórmula de ruedas 20+20 (URSS), 2 significa el número de ejes en cada carretón, 0 – motor individual para cada rueda. En las explotaciones de superficie de los lignitos de Alemania Occidental además se utilizan las locomotoras de 6 ejes. Todas las locomotoras no tienen los ejes libres y su peso total es igual al peso adherente.

El peso adherente de las locomotoras utilizadas en las canteras varía de 60 a 100tn para la trocha de 900mm y de 80 a 150tn para la trocha normal.

Según Kegel, entre el peso de la locomotora P y la potencia N, kw existen las siguientes relaciones (Fig 47).

𝑃 = 20 + 0,0652𝑁 𝑃 = 13 + 0,0652𝑁

Locomotoras de corriente continua: el motor de tracción para las locomotoras consta de

las siguientes partes: caja, polos principales y auxiliares, rotos, etc. El motor se apoya mediante orejas sobre la armadura transversal de los marcos de

carretones y está unido constantemente con el par de ruedas de mediante una transmisión por engranajes. Estos motores se construyen con 4 y 6 polos principales y con 4 y 6 polos suplementarios.

El flujo magnético de la máquina se excita por las bobinas de los polos principales, conectadas en serie con el bobinado del rotor. La armadura de los principales se fabrica con chapas de acero estampadas; las bobinas tienen arrollamiento de alambra de cobre.

Los polos suplementarios son utilizados para compensar la reacción del rotor en la zona de conmutación. Sobre el árbol se fija por presión un anillo con armadura del rotor y colector. La armadura consta de chapas estampadas de acero, aisladas entre sí, tiene aberturas para la ubicación del devanado y canales para el aire de ventilación.

El colector se fabrica con placas de cobre duro, aislados por interposición de micanita. Generalmente el mando de las locomotoras eléctricas actuales es indirecto, todos los

aparatos de la línea de fuerzas van provistos de especiales aparatos de mando de baja tensión (electroneumáticos o electromagnéticos)

Las maquinas auxiliares constan de: compresores, ventiladores, motor -generadores de corriente para la red de mando, alumbrado y carga de acumuladores y motor- generadores para alimentación independiente por corriente de tensión reducida de los arrollamientos de excitación de los motores de tracción durante el frenado de recuperación.

Características de los motores de tracción: el motor de tracción se caracteriza por tres

relaciones: I. n= f1

II. M= f2 III. ƞ=f3

Donde: n= velocidad de rotación del árbol motor, [rpm] M= momento de giro en el eje, [kgm] ƞ= rendimiento del motor I= corriente, [a]

Por otra parte, de suma importancia es el conocimiento de las características de la

tracción eléctrica: I. V=φ1

II. F=φ2 III. ƞr= φ3

Donde: v= velocidad del motor de la locomotora, [km/h] F= esfuerzo de tracción desarrollado por el par de ruedas motrices [kg] ƞr= rendimiento del motor referido a la llanta de la rueda motriz.

Entre la tensión aplicada al motor U, su fuerza contraelectromotriz y la caída de tensión

en las resistencias de los arrollamientos Ir del motor existe la relación

𝑈 = 𝐸 + 𝐼𝑟 La fuerza contraelectromotriz en el rotor

𝐸 = 𝐶𝑛Φ = 𝐶1𝑣Φ [𝑣] Donde: ϕ= flujo magnético del polo principal C y C1= constantes del motor

De allí sigue:

𝑣 =𝑈 − 𝐼𝑟

𝐶1Φ=

𝑘𝑚

𝑕

𝑛 =𝑈 − 𝐼𝑟

𝐶Φ= [𝑟𝑝𝑚]

La potencia útil sobre la llanta de la rueda

𝑃 =𝑣𝐹𝑟

367= [𝑘𝑤]

Donde Fr es el esfuerzo de tracción del par de ruedas [kg] La carga admisible de los motores eléctricos se determina sobre todo por la condición del

calentamiento de sus arrollamientos. Como ya sabemos, se diferencian las potencias horarias Ph y permanente P del motor,

cuya relación es el coeficiente de ventilación:

𝑘 =𝑃𝑒

𝑃𝑕

Que varía de 0,8 a 0,9. En los motores de corriente continua son posibles los siguientes esquemas de excitación:

en serie (Fig 47.a), en paralelo (Fig 47.b), mixto con conexión conforme (Fig 47.c) y conexión inversa (Fig 47.d). También son posibles los esquemas de excitación independiente.

Con la conexión de serie de los arrollamientos de excitación y del rotor, las curvas

características tienen el aspecto presentado en la Fig 48.

Los motores de excitación paralela no han encontrado utilización debido a mala distribución de las cargas, su sensibilidad oscilaciones de tensión en las redes de tracción y por convenientes constructiva.

Métodos de regulación de los regímenes de trabajo de los motores de tracción

Como sabemos que v es:

𝑣 =𝑈 − 𝐼𝑟

𝐶1Φ=

𝑘𝑚

𝑕

La regulación de la velocidad de marcha puede realizarse mediante el cambio de la

tensión U conducida al motor o por cambio de flujo magnético. El valor de U puede variar por conexión de los motores en serie o introducción en su red

de una resistencia R. Con la ecuación de velocidad toma la forma:

𝑣 =𝑈 − 𝐼 𝑟 + 𝑅

𝐶1Φ

Por ejemplo, en las locomotoras de 6 ejes y la tensión en la red de 3000v, los motores

pueden unirse en serie U=500v (Fig 49.a), en serie y paralelo U=1000v (Fig 49.b) o U=1500v (Fig 49.c)

Las características de los motores de tracción con diferentes tensiones pueden obtenerse

por cálculo o mediante medición. Para las mismas corrientes I e iguales flujos magnéticos, las velocidades del movimiento con diferentes tenciones serán:

𝑣 =𝑈 − 𝐼𝑟

𝐶1Φ; 𝑣1 =

𝑈1 − 𝐼𝑟

𝐶1Φ

Dividiéndolas 𝑣1

𝑣=

𝑈1 − 𝐼𝑟

𝑈 − 𝐼𝑟

Ya que la caída de tensión Ir en el motor es mucho menor que la tensión U, se sigue que las velocidades están casi proporcionales a las tensiones aplicadas a los motores o sea:

𝑣1

𝑣≈

𝑈1

𝑈

El cambio de tensión no influye sobre el esfuerzo de tracción. La

regulación de la velocidad por el cambio del valor del flujo magnético ϕ en los motores de tracción con excitación en serie se realiza mediante debilitamiento del campo por shuntado del campo (Fig 50).

El debilitamiento del campo puede utilizarse para el aumento de la velocidad, como también para el aumento del esfuerzo de tracción según las condiciones del movimiento del tren.

Arranque de los motores de tracción

En el momento de arranque, las fuerzas electromotrices E=Cv de todos los motores de tracción son iguales a cero. El arranque con reóstato:

𝐼 =𝑈 − 𝐶1Φ𝑣

𝑟 + 𝑅= [𝑎]

Donde U= parte de tensión de la red correspondiente a un motor, o sea la tensión de la

red divido por el número de motores conectados en serie Resistencia de reóstato de arranque Resistencia de los arrollamientos del motor

En el momento de arranque del tren v=0 y en consecuencia:

𝐼𝑎𝑟 =𝑈

𝑟 + 𝑅= [𝑎]

Comúnmente, durante el arranque el esfuerzo de tracción F y la corriente I deben

conservarse contantes. Pero el esfuerzo de tracción no debe sobrepasar, ni por corto tiempo, el valor mínimo admisible según las condiciones de adherencia. También la corriente Iar no debe ser mayor que el valor admisible igual a 2Ih.

A medida que el tren acelera, la resistencia se desconecta progresivamente. Frenado eléctrico: Durante el frenado eléctrico, la máquina eléctrica pasa desde el

régimen motor al régimen generador, y la energía mecánica del movimiento del tren se transforma en energía eléctrica. El esfuerzo de frenado B f, producido por el motor, va dirigido en sentido contrario al del movimiento.

Otras ventajas del frenado eléctrico son:

1) Aumento automático del esfuerzo de frenado con aumento de la velocidad del tren, mientras que en el frenado mecánico con el aumento de la velocidad reduce el coeficiente de rozamiento entre la rueda y el zapato y la fuerza frenadora se disminuye.

2) Ausencia del desgaste de los zapatos de freno.

En la tracción eléctrica son posibles los siguientes modos de frenado eléctrico: Frenado reostático: transformándose en calor que se disipa en el espacio

exterior. El motor se desconecta de la línea de contacto (Fig 51), se interconectan los extremos del arrollamiento de frenado y el circuito del motor se cierra sobre la resistencia del frenado R f.

La fuerza electromotriz se equilibra por la caída de tensión en este reóstato y en las maquinas mismas:

𝐸 = 𝐶1𝑣Φ = 𝐼 𝑟 + 𝑅𝑓

En esta fórmula se ve, que el método más efectivo de regulación de la velocidad, con

frenado reostático, es por el cambio de la resistencia Rf. Con la corriente dada, cuanto mayor es esta resistencia, tanto mayor es la velocidad. El aumento de la resistencia con determinada velocidad conduce a la disminución de la corriente y de la fuerza de frenado. También es posible una regulación suplementaria del esfuerzo de frenado y de la velocidad por el cambio del campo magnético.

En la Fig 52 se reproducen las características v=f (I) y B=f (v), delimitadas por la corriente máxima Imax del motor, por adherencia (Fa=1000PΨ) por velocidad constructiva Vcon y por tensión máxima Umax.

Para la obtención de la estabilidad del trabajo del frenado reostático y la distribución

uniforme de las cargas entre los motores conectados en paralelo, sus arrollamientos de excitación se unen por esquema cruzado (Fig 53). En este esquema, el aumento de la corriente en el rotor de una de estas máquinas provoca el aumento del flujo magnético y de la fuerza electromotriz en la otra, lo que asegura la estabilidad del trabajo.

Frenado por recuperación: cuando la energía se devuelve a la red de tracción

para su nueva utilización. Con el frenado de recuperación, la energía eléctrica generada por las máquinas de

tracción en el régimen generador, se devuelve a la red. En este caso, las máquinas de tracción de la locomotora, que recupera la corriente, trabajan en paralelo con la subestación de tracción.

La fuerza electromotriz E del motor de tracción, igual a C1ϕv, equilibra durante la recuperación la tensión U de la red, correspondiente a un motor, y también la caída de tensión en éste:

𝐶1Φ𝑣 = 𝑈 + 𝐼𝑟

De donde:

𝐼 =𝐶1Φ𝑣 − 𝑈

𝑟

Para el frenado de recuperación, se utilizan los esquemas especiales de excitación

independiente desde las máquinas excitatrices, por ejemplo, el esquema con la resistencia estabilizadora. (Fig 54)

La resistencia estabilizadora Rs se introduce en la red de excitación del arrollamiento de excitación y del rotor del motor de tracción al aumentar la corriente de recuperación, aumenta la caída de tensión en la resistencia estabilizadora y con esto disminuye la corriente de excitación del motor de tracción.

Frenado mixto: es de reostático recuperativo. El frenado de recuperación se

utiliza con altas velocidades, y reostático, con bajas velocidades, cuando la fuerza electromotriz total de las máquinas es más baja que la tensión de la red.

Locomotoras monofásicas Durante el planeamiento de las nuevas explotaciones en la cuenca de lignitífera del Rin,

el sistema de corriente continua, 1500v, empleado hasta entonces en explotaciones a cielo abierto, cuya profundidad alcanza los 200m, fue transformado adaptándolo a la corriente alterna monofásica de 6kv, 50 Hz para la tracción eléctrica ferroviaria.

El modelo más ventajoso es una locomotora de la serie de ejes B0’ B0’ con un peso de 120tn, o sea, de peso por eje alrededor de 30tn. Dos de estas locomotoras de 4 ejes, acopladas como locomotora doble y maniobrada desde un solo puesto de mando, las cuales podían arrastrar trenes de escombros de 2000tn por rampas pronunciadas de 25% aproximadamente.

La parte mecánica de estas locomotoras ha sido encargada a las tres firmas Krupp, Henschel y Krauss-Maffei y la parte eléctrica a la AEG, Brown Boveri y Siemens Schuckertwerke. A pedido de los clientes, las firmas AEG y BBC construyen maquinas unificadas. La diferencia con la maquina entregada por SSW consta en la firma de puesta en marcha del motor síncrono y a producción de la corriente para los servicios auxiliares.

Característica de la locomotora de convertidor de la firma AEG

Ancho de la vía: 1,435m Peso en servicio: 129tn Largo: 14,5m Multiplicación de engranajes 79:14=5,64 Fuerza de tracción en la periferia de la rueda a la potencia horaria: 21,6tn Velocidad a la potencia horaria: 24,4km/h Fuerza de tracción máxima: 70km/h Velocidad máxima: 70km/h Tensión en la línea de contacto: 6kv, 50Hz Potencia horaria de los motores de tracción: 4x370kw a 760v y 4x465kw 960v Potencia horaria del generador 1600kw a 760v y 1900kw a 960v Potencia horaria del motor síncrono: 2100kw en cos φ= 1 Revoluciones nominales en convertidor: 1500 rpm

Veremos ahora la descripción de las partes esenciales, disposición y conexión de una

locomotora de la AEG por Stötzer. El motor síncrono y el generador de corriente continua van alojados en una armazón

común de varias partes embridadas. La excitatriz del motor síncrono va embridada a una placa de cojinete y el motor de arranque, el cual, después de lograda la sincronización del motor síncrono, hace las veces de convertidor Arno para generar la corriente trifásica para los servicios secundarios (Fig 55).

La Fig 56 reproduce el esquema de las conexiones de corriente fuerte de la locomotora de AEG. A través de los tomacorrientes principales y auxiliares, del interruptor de potencia de 6kv y de una bobina de reactancia, la energía pasa desde el hilo de contacto hasta el motor síncrono monofásico. El generador de corriente continua acoplado al motor síncrono suministra una tensión ajustable, sin escalonamientos, desde 0 hasta 960v para los motores de tracción y va excitado con una amplidina de dos escalones con elevado grado de ampliación.

Al contrario que la conexión usual en motores de locomotora, los motores de tracción han

sido construidos como motores compound (Fig 58), es decir con una arrollamiento de campo de excitación independiente, adicional arrollamiento normal en serie. Esto fue necesario para facilitar un shuntado sin escalonamientos en la zona de marcha a elevadas velocidades, así como con miras a la capacidad de ajuste del frenado de recuperación. Los cuatros motores de tracción van conectados constantemente en paralelo con el generador principal. Sus campos de excitación independientes están en serie con una excitatriz de motores de tracción.

Examinaremos la función de la amplidina (Fig 59 y 60). En el eje de trabajo van situados

seis arrollamientos de mando ia-ka hasta if-kf, cada uno de los cuales, aporta una componente

positiva o negativa para el flujo total. En efecto del flujo de mando Θ es amplificado a través del eje de cortocircuito. El flujo en dirección de dicho eje de cortocircuito suministra la tensión inicial de la amplidina que sirve para la excitación del generador principal. La amplidina está calculada para 90v, 100α, a cuyos valores tiene que llegar con un flujo de mando situados en el eje transversal tienen las siguientes misiones:

1. ia-ka: campo de mando para el ajuste de la tensión en los estados de servicio de

marcha y maniobra así como para la regulación de la corriente en el frenado. 2. ib-kb: retorno de la tensión del generador principal. Sirve para conseguir

determinadas características estables en la zona de marcha y de frenado. 3. ic-kc: retorno de la corriente del generador principal. Este permite influir en forma

análoga, como el arrollamiento ib-kb, sobre las características y, en el frenado, sirve de arrollamiento de excitación principal.

4. id-kd: retorno de la ampliación propio de la amplidina. Con ayuda de la resistencia situada en serie con este arrollamiento, cabe la posibilidad de compensar las desviaciones de las características de las respectivas amplidinas de la característica teórica.

5. ie-ke: arrollamiento de amortiguación, con esta ayuda se puede amortiguar todos los procesos dinámicos en el circuito de regulación. Va acoplado al arrollamiento I0-K0 del generador principal a través de una resistencia amortiguadora. Todo cambio súbito de excitación del generador principal, da lugar a un flujo antagónico de las amplidinas en sentido opuesto a la variación de la excitación.

6. if-kf: arrollamiento de compensación para la distribución de la carga doble tracción.

La excitatriz de los motores de tracción está dimensionada para una potencia permanente 13kw a 36v y 360α. Juntamente con la amplidina, es accionada por un motor trifásico. Los cuatros arrollamientos de mando alojados en los cuatros polos principales tienen las siguientes funciones:

a. i1-k1: arrollamiento principal excitación en función de la corriente. Su flujo es

proporcional a la corriente del generador principal, y por consiguiente, en el estado de servicio de marcha, garantiza el comportamiento de la excitación en serie de los motores de tracción también en relaciones con los campos de excitación independiente de los motores de tracción. En el frenado sirve para limitar automáticamente la intensidad.

b. i2-k2: arrollamiento de tensión excitado por la tensión del generador principal, surtiendo efecto en idéntico sentido que el arrollamiento i1-k1. Su flujo es proporcional a Ug. En el frenado, este arrollamiento sirve para la limitación automática de la tensión.

c. i3-k3: arrollamiento de tensión excitado por la tensión de la amplidina, surtiendo efecto en sentido opuesto al del arrollamiento i1-k1. Su flujo es proporcional a la corriente de excitación del generador principal I0. En el servicio de marcha, los flujos de los arrollamientos i2-k2 y i3-k3 están en oposición, y en la parte lineal de la curva de magnetización del generador son aproximadamente de igual magnitud. En la región por encima de 750v de tensión del generador y debido a la saturación de este último, predomina en escala creciente el campo i3-k3. De este modo se da lugar a un debilitamiento continuo del campo de los motores de tracción en la región superior de velocidad.

d. i4-k4: arrollamiento de excitación del flujo ajustable por escalonamiento fino mediante el controler, para la maniobra en el servicio de frenado.

En el servicio de marcha, el conductor de la locomotora puede variar con

escalonamientos finos el flujo de mando de la amplidina a través de un ajustador de colector y, por consiguiente, ajustar la fuerza de tracción y la velocidad, a través de la tensión del generador y de la corriente de los motores de tracción.

La Fig 61, muestra el curso de las curvas U=f (I), por una parte, con el flujo de mando Θa

y, por otra, con la velocidad v como parámetro. La Fig 62 reproduce el grupo de curvas v=f (Z), igualmente con flujo Θa como parámetro.

Estas curvas no acusan, como es normal en las locomotoras de corriente continua, una tendencia muy plana, sino una relativamente pronunciada en la región de las altas corrientes y fuerzas de tracción. De este modo es factible alcanzar mayores fuerzas de tracción incluso en la región de altas velocidades y aprovechar ampliamente la por del convertidor.

La locomotora de convertidor permite el empleo del frenado eléctrico de recuperación. Aquí los motores tracción trabajan como generadores de corriente continua con excitación independiente sobre la parte continua del convertidor principal, el cual, como motor excitado en serie, devuelve la energía de freno a la maquina síncrona y por consiguiente, a la línea de contacto.

El ajuste de la fuerza de freno se hace de dos maneras: I. Por maniobra de la tensión: en el servicio de frenado, los motores de tracción

trabajan como generadores en derivación contra-compoundados. El arrollamiento de excitación en serie E-F se utiliza como arrollamiento contra-compoundado. El ajuste de la tensión se hace desde el controler a través del campo i4-k4 de la excitatriz de los motores de tracción en el campo independiente I-K de esto últimos. La parte de corriente continua del convertidor principal es excitada en forma puramente en serie a través del campo c de la amplidina y, a base de la tensión cedida por los motores de tracción, se ajusta una determinada corriente de frenado (ver Fig 28: curvas de frenado U=f (I) por medio del punto cero de coordenadas)

II. Por regulación de la corriente: la maniobra pura de la tensión da lugar a que todas las curvas de frenado B=f (v) para v=0 pasen por punto cero de las coordenadas. Pero si se quiere frenar el tren hasta pararlo por completo con el frenado eléctrico de recuperación, es necesario alcanzar entonces, incluso con tensiones mínimas, unas corrientes de frenado todavía grandes, lo cual es solo realizable por debilitamiento del campo de la máquina de corriente continua del convertidor principal, mediante la correspondiente contraexcitación en el campo de mando de la amplidina.

Locomotoras de rectificador: en la cuenca lignitífera del Rin se utilizan también las

locomotoras de rectificador para 6kv, 50Hz, construidas por la AEG, Brown Boveri y Siemens (Fig 63). Su potencia y característica de servicio son las mismas que en las locomotoras de convertidor.

La Fig 64 reproduce el esquema simplificado de las conexiones de corriente fuerte. La

energía tomada del hilo de contacto a través del tomacorriente se conduce por el interruptor general al arrollamiento de alta tensión del transformador principal. Los cuatros recipientes rectificadores monoanódicos están conectados en conexión monofásica del punto neutro al secundario del transformador principal. El mando de la tensión es una combinación de regulación por rejilla y ajuste escalonado por transformador. Los cuatros motores de tracción de la locomotora tienen la misma capacidad eléctrica (potencia horaria 4x465kw a 960v) e idénticas curvas características que la locomotora de convertidor. En el tercio inferior de la región de tensión hasta unos 300v, la tensión continua es uniformemente ajustada con los 28 escalones del transformador.

El secundario del transformador se compone de dos arrollamientos fijos 5c y 5d con tensiones en vacío de unos 820v cada uno. Ambos están unidos entre sí por un arrollamiento adicional 5f situado en un núcleo especial de hierro. Este transformador adicional tiene una toma central que constituye el punto medio de la conexión monofásica del punto central y está excitado por una arrollamiento de ajuste 5e, situado con los arrollamientos 5c y 5d sin tomas sobre un núcleo común. Si el mecanismo de conexión se halla en el escalón 1T, el

transformador adicional esta excitado con unos 820v, es decir, cada mitad con410v. Como quiera que esta tensión está en oposición con la de los arrollamientos 5c y 5d, cada mitad de la conexión monofásica de punto central tiene una tensión alterna de vacío de 820v-410v=410v

La tensión del transformador adicional 5f que sustrae por cada mitad de las tensiones de los arrollamientos 5c y 5d, se reduce al ir avanzando el mecanismo de conexión, hasta llegar al valor 0 entre los escalones 14T y 15T. La tensión alterna de vacío asciende entonces en las dos mitades de la conexión monofásica del punto central, a unos 820v. si sigue avanzando el mecanismo de conexión, vuelve a subir la tensión en el transformador adicional 5f aunque en fase con los arrollamientos 5c y 5d, de forma que ahora las tensiones de ambas mitades del arrollamiento del transformador adicional 5f se suman a las tensiones de los arrollamientos 5c y5d. Cuando el mecanismo de conexión alcanza el escalón 28T se logra una tensión alterna de

vacío de 820v+410v=1230v. Teniendo presente el factor de forma 2 × 𝜋 4 y las caídas de tensión de los transformadores, las reactancias anódicas, los recipientes de rectificador y las reactancias en conexión con el cátodo, resulta una tensión continua máxima de 960v para los motores de tracción, con una corriente continua de carga de 1600α.

Análogamente a las locomotoras de convertidor, en las de rectificador se ha previsto asimismo una excitatriz para los campos de excitación independiente de los motores de tracción. En régimen de marcha, la excitación del campo i1-k1 tiene lugar, con independencia de la corriente, desde un transformador de corriente continua situado en la línea de retorno común de los cuatros motores de tracción. Los campos i2-k2 y i3-k3 sirven para la debilitación continua del campo. En régimen de frenado, el campo i4-k4 sirve para la excitación constantemente ajustable de los motores de tracción que funcionan como generadores de frenado.

Para generar corriente trifásica, ha sido previsto un convertidor Arno alimentado monofásicamente por un arrollamiento terciario 5b del transformador principal. Este convertidor Arno se caracteriza al mismo tiempo como motor de accionamiento para la excitatriz de los motores de tracción. Ambas máquinas están montadas y acopladas como grupo mecánico auxiliar en una placa de base común. La excitatriz de los motores de tracción sirve de motor de lanzamiento, en cuyo caso está alimentada por el rectificador de corriente de mando con 48v.

Durante el arranque y servicio de maniobra del tren, los rectificadores están conectados en antiparalelo en dos grupos.

En régimen de marcha, el maquinista accionando el volante de mano ajusta a través de un potenciómetro acoplado, la tensión variable deseada, sin escalonamientos, para la regulación de la tensión. Esta se compara en un regulador de tensión con la tensión efectiva existente en los bornes de los motores de tracción, y la diferencia del valor teórico resultante resulta actúa sobre el regulador de rejilla. En el campo de las pequeñas velocidades, para evitar el patinaje de las ruedas motrices, funciona la protección de sobreintensidad.

Durante el frenado se conmutan los cuatros rectificadores monoanódicos con ayuda de la maniobra por rejilla, al servicio de rectificador inversor. Para ello hay que efectuar un desplazamiento de fase por 90º de la tensión aportada al aparato de impulsos de rejilla.

El mando en la región de frenado es una combinación de regulación de la tensión y regulación de la corriente. Con el volante de mano del tambor de marcha-freno se aporta la corriente al campo i4-k4 de la excitatriz de los motores de tracción. Como quiera que el campo i4-k4 actúa en sentido contrario al campo i1-k1 decisivo en el estado de servicio de marcha, se invierte durante el frenado la polaridad en los motores de tracción que trabajan a modos de generadores en derivación contra-compoundados. Por medio de un transformador de intensidad, se emite un valor teórico de corriente para el circuito de corriente continua. Un elemento de regulación cuida de que el mando por rejilla maniobre el rectificador –inversor de forma que se conserve dicho valor teórico. Dentro de la región de frenado, la contra-tensión del rectificador-inversor es adoptada, en cada punto de servicio, por medio de la regulación de intensidad, a la tensión continua generada por los motores de tracción.

Locomotoras monofásicas de 25kv: estas locomotoras empiezan a introducirse en las

líneas principales con cargas pesadas: ferrocarril del Norte industrial de Francia, en la zona ferrífera de India (Fig 65), algunas instalaciones de la URSS, etc.

Locomotoras diesel eléctricas: estas locomotoras cuentan con un motor diesel acoplado a

un generador de corriente continua, que alimenta los motores individuales de tracción. El peso de las locomotoras diesel de una sección alcanza a 125tn, su potencia 3000cv y en unidades dobles 6000cv. Su rendimiento es alto 25-27%.

Los diesels utilizados en las locomotoras no llevan comprensor, trabajan según ciclo mixto (una parte del calor se produce a volumen constante, la otra a presión constante). La mayoría de la locomotoras diesels trabaja con 4 ciclos. Según la disposición de los cilindros, se construyen de una fila, de dos filas o en V. El número de cilindros: 6, 8, 10, 12 y 16. El llenado de los cilindros por el aire con o sin sobrepresión 1,3-2,8 ata. En las locomotoras se utilizan los diesels de velocidad media, n=600-1000 rpm, o de gran velocidad, n=1400-1800rpm.

El cigüeñal del diesel se une con el árbol del generador. Los arrollamientos de excitación independiente del generador se alimentan por la corriente de la excitatriz, comúnmente fija sobre un mismo árbol con el generador auxiliar. La corriente producida en el rotor del generador se dirige a los motores de tracción, en las cuales los arrollamientos de excitación se

unen en serie con el arrollamiento del rotor. El momento de giro del motor mediante una reducción dentada se transmite a la rueda motriz.

El cambio de dirección de la locomotora se realiza con inversor, que cambia la dirección de la corriente de excitación en los motores de tracción.

La potencia del generador es el producto de la corriente Ig por la tensión Ug; debe asegurar Pg=UgIg= constante, o sea, una relación hiperbólica. La corriente Ig depende del régimen del trabajo de los motores de tracción ya que:

𝑀 = 𝑘Φ𝑚 𝐼𝑚 Donde: M: momento de giro en el eje del motor de tracción k: coeficiente, constante para el motor dado ϕm: flujo magnético del motor de tracción Im: corriente en el rotor del motor de tracción

El régimen del generador, según la corriente, se fija en relación con la resistencia de la

sección del perfil del camino. Así que la potencia del generador puede regularse únicamente cambiando la tensión en correspondencia con la corriente.

El generador principal de la locomotora TE3 (URSS) de una potencia de 1350kw consta de 8 polos principales y de igual número de polos auxiliares.

Los motores de tracción, por su construcción y por su principio, son similares con los de las locomotoras eléctricas. Únicamente la tensión de los motores de tracción de las locomotoras diesels-eléctricas es del orden de 700v, mientras que las locomotoras eléctricas se calculan para la tensión de 1500v.

Para la utilización de la potencia total del generador en un amplio campo de cambio de velocidades de la locomotora, se utilizan dos modos de regulación del trabajo de los motores de tracción: cambio del esquema de su unión y debilitamiento del capo magnético.

Son posibles tres variantes de unión de los motores de tracción: en serie, mixta y en paralelo. (Fig 66).

Con la unión en serie, la corriente del motor de tracción Im es igual a la corriente del

generador, pero la tensión del motor Um es m veces menor que la tensión del generador, donde m es el numero de motores de tracción.

𝐼𝑚 = 𝐼𝑔 𝑦 𝑈𝑚 =𝑈𝑔

𝑚

Con la unión mixta

𝐼𝑚 =𝐼𝑔

𝑎 𝑦 𝑈𝑚 =

𝑈𝑔

𝑚′

Donde: a: número de los ramales paralelos de la unión de los motores de tracción m’: número de motores de tracción en serie en un ramal paralelo

Con la unión en paralelo

𝐼𝑚 =𝐼𝑔

𝑚 𝑦 𝑈𝑚 = 𝑈𝑔

La corriente del motor de tracción se determina únicamente por la resistencia al

movimiento y no depende del esquema de unión de los motores. Por ejemplo, al pasar de la unión en serie a la unión mixta de los motores, la corriente del generador crece en “a” veces

𝐼𝑔 = 𝐼𝑚𝑎

Lo mismo sucede durante el debilitamiento del campo magnético de los motores de

tracción, lo que se ve del examen de las relaciones:

𝐼𝑚 =𝑈𝑚 − 𝐸𝑚

𝑟𝑚 ; 𝐸𝑚 = 𝑐Φ𝑚𝑛𝑚

Al debilitar el campo (Fig 66.b), el número de revoluciones ng no puede cambiar mucho,

mientras que el flujo magnético ϕm reaccionará rápidamente a la introducción de las resistencias y disminuirá mucho y con él disminuirá la fuerza contraelectromotriz Em del motor de tracción. Esto conducirá el aumento de la corriente del motor de tracción y del generador. De este modo, se amplía el campo de velocidades, en el cual se utiliza la potencia completa del generador.

Para el arranque del diesel se utiliza una batería de acumuladores. La parte mecánica consta del bastidor principal que descansa sobre dos bogies para dos o tres pares de ruedas motrices.

En las locomotoras pequeñas, para maniobras, la transmisión del momento motor del diesel a las ruedas se realiza con la caja de velocidades, de igual modo que en los automóviles.

Carga mecánica Palas cargadoras: sus partes principales son: bastidor desplazable, cuerpo giratorio y

mecanismo de oscilación con la pala. En el trabajo, mediante el avance de la cargadora, la pala se introduce en el material para recoger las tierras del suelo, después la maquina retrocede y al mismo tiempo la pala se levanta y vuelca hacia atrás en la vagoneta enganchada con la cargadora. El cuerpo superior puede girar con la pala en ángulo de 30 a 40º, que asegura el frente de carga de 1,9 a 4,5m. (Fig 67)

Paleadoras lanzadoras: son similares a las palas cargadoras pero no cargan

directamente a las vagonetas sino sobre una cinta o transportador de rastras, colocado en la parte central del cuerpo superior giratorio. De este modo el recorrido de la pala es menor (Fig 68)

Cargadoras de rastra: consta de una palanca telescópico con una rastra en su extremo

que puede subir y bajar, moverse hacia adelante y hacia atrás, y también girar a uno y otro lado. El motor de la cargadora es neumático. (Fig 69)

Cargadoras de paleo lateral: tienen amplia aceptación en la minería de carbón de

Estados Unidos, donde se utilizan en avances de minería de carbón y explotación de mantos de más e ,7m de potencia. Sus órganos de carga son intermitentes, constan de dos brazos o dos barras de carga con cadenas móviles portadoras de rastras, que con movimiento opuestos agarran el material de ambos lados y lo arrastran en un plano inclinado a un transportador de cadenas.

Son maquinas de alto rendimiento y de buena maniobrabilidad, aptas para trabajar con vagonetas o cintas transportadoras. (Fig 70 y 71).

Cargadoras de impulsión (duck-bills): estas cargadoras se los utilizan para la carga de

carbón en trabajos preparatorios y en los talleres de arranque; a veces se usan también para cargas de rocas. Las ventajas son: sencillez de construcción, menor costo. La desventaja: menor capacidad de carga, pérdidas de tiempo durante la prolongación de la línea de canales, giro a mano de la parte vibratoria para aumentar el frente de paleo.

Consta de una pala, mecanismo de dirección, línea de canales oscilantes, accionamiento y sostenes. Movida por un motor de 9 a 25cv por intermedio de un cigüeñal, la pala y la línea de canales realizan un movimiento de vaivén con velocidad de 80ciclos por minuto, con una amplitud de oscilación de 200mm y carga de 13 a 65tn/hs.

Carga mecánica en explotaciones a cielo abierto Mientras que las excavadoras de cangilones son maquinas de acción continua, el ciclo de

las excavadoras de cuchara es periódica, con operaciones alternativas de: excavación, desplazamiento de la roca al lugar de descarga, descarga y retorno de la excavadora en la posición inicial.

Las excavadoras de cucharas se clasifican en: según a unión del brazo con la cuchara:

excavadoras con unión fijas al brazo-pala mecánica, pala con retroexcavador, pala niveladora, excavadoras con unión flexibles del brazo, excavadora de cubeta autoprensora, cuchara de arrastre; según el mecanismo de marcha: en excavadoras sobre orugas, rieles, ruedas

neumáticas, andantes y flotantes; según la energía utilizada: en excavadoras eléctricas (de corriente continua o alternada), diesels, de vapor y mixtas; según su utilización: en excavadoras para rocas de recubrimiento, carbón para construcción, etc.

Pala mecánica: excava y carga la roca de los frentes encima del nivel de la pala. El ciclo

de excavación empieza con la pala con posición inferior, y que sube a lo largo del frente por avance del brazo y la tracción sobre el cable.

Al llenarse la cuchara, la plataforma superior de la pala gira al lugar de descarga, el fondo de la cuchara se abre, y el material cae en camión o vagón de ferrocarril. Finalmente la excavadora vuelve a su posición inicial y el ciclo vuelve a comenzar. (Fig 72)

Pala con retroexcavador: se utiliza en frente desde arriba hasta por debajo de su

posición, la cuchara subiendo se mueve hasta la excavadora. Después el brazo de la cuchara gira y el material se descarga por el fondo o por volteo. (Fig 73)

Pala niveladora: la excavadora se coloca en el banco inferior, el brazo se baja, la

cuchara se recoge a la polea de cabeza, cargándose con material. El brazo se levanta en su posición extrema, la maquina gira hacia la posición de descarga. (Fig 74)

Draga o dragalina: se coloca en el banco superior del frente explotado. Mediante el

cable la cuchara desciende al suelo y se arrastra por cable hacía la excavadora, cargando la roca. Después la cuchara se levanta con el cable, conservando su posición horizontal, gira con la plataforma de la maquina. Durante la descarga se afloja el cable tractor y la cuchara se vuelca. (Fig 75)

Excavadora de cuchara autoprensora: se instala en la plataforma superior del banco.

Se deja caer la cuchara, la cual se clava en el terreno. Las mandíbulas se cierran mediante el cable y gira con la plataforma superior al lugar de descarga. (Fig Cuchara autoprensora)

Cargadora traxcavator: Caterpillar y Liebherr son empresas que fabrican un equipo

variado de cargadores ligeros para explotaciones a cielo abierto y para explotaciones subterráneas.

Excavadora hidráulica sobre orugas o ruedas con descarga frontal de la cuchara o por un

costado (Fig 76).

Excavadores de cangilones: realizan la excavación continua de la roca mediante

cangilones distribuidos uniformemente en una cadena sinfín (rosario) o sobre una rueda denominada rodete.

Comparadas con las palas mecánicas, las excavadoras de cangilones tienen menor gasto específico del metal, gastan menos energía y dan mayor rendimiento con menor costo.

Las excavadoras de cangilones se clasifican: según su construcción del órgano excavador, en excavadoras de rosario de cangilones, excavadora de rodetes y excavadora con bastidor de rastras; según la posición del frente de exposición, en excavadoras de desmonte, excavadoras de desfonde y excavadoras de desmonte y desfonde; según la construcción del mecanismo de marcha, en excavadoras montadas sobre ruedas de ferrocarril, excavadoras sobre orugas y excavadoras sobre rieles y orugas; según su maniobrabilidad, en excavadoras no giratorias y excavadoras giratorias; según las condiciones de descarga, en excavadoras de un pórtico, excavadoras de doble pórtico y excavadoras de descarga lateral; según su utilización, en excavadoras para remoción del recubrimiento, excavadoras de arranque y

excavadoras para trincheras. Las excavadoras de arranque generalmente tienen menor capacidad comparadas con las

excavadoras para destape, y se adoptan para explotación selectiva. Excavadoras de rosario de cangilones: se construyen como excavadoras de desfonde y

excavadoras de desmonte; las primeras son más ventajosas en el servicio y su rendimiento sobrepasa a las últimas en un 20 a 30%.

Las excavadoras giratorias son construcciones universales que, además de trabajar en el frente, permiten la explotación de los extremos de la corta y se utilizan en explotación selectiva de las interestratificaciones.

Los mecanismos de marcha de las excavadoras de cangilones se fabrican de tipo sobre rieles, más raramente sobre orugas. Últimamente empezaron a construirse sobre rieles y orugas.

El bastidor de guía del rosario puede ser de construcción sencilla con un tramo básico y otro tramo aplanador, el último para la limpieza del piso del frente. Para permitir la explotación selectiva, el bastidor debe componerse de varias secciones articuladas.

Las excavadoras de rosario pesan hasta más de 3000tn, cabida de cangilón hasta 2240 lt, rendimiento de hasta 3000m3/hs, la altura de desfonde de hasta 40m y altura de desmonte 27m. (Fig 77)

Excavadoras de rodete: la excavación de la roca se realiza mediante un rodete excavador

provisto de cangilones. El material arrancado se descarga sobre una cinta transportadora, instalada en el brazo del rodete. (Fig 78)

Tienen menor gasto específico del metal, necesitan menor consumo de energía y puede efectuar el arranque selectivo.

SKIPS: los skips son recipientes de extracción que circulan en los pozos y que se llenan

en su interior por el hueco de la vagoneta cargada con mineral. Comúnmente reciben su carga de tolvas, que almacenan el mineral, lo que permite un suministro continuo.

Los primeros skips se vaciaban por inclinación, en la actualidad se emplean skips cuyo fondo se abre automáticamente al llegar al exterior para cerrase después del vaciado.

La descarga de mineral que se hace por la parte inferior usa diferentes mecanismos automáticos que pueden ser; hidráulicos o mecánicos, mediante ruedas guiadas o electromagnéticas, etc.

Ventajas de los skips - No hay vagonetas en el interior. - Se utiliza mejor la sección del pozo. - Hay menos obreros en los accesos y en ciertos casos no hay nadie en el exterior. - Se mejora el peso muerto (supresión de vagonetas, cable más ligero, aparatos de

enrollamiento más pequeño y de menor potencia). - Menor duración en las maniobras. Desventajas e inconvenientes de los skips:

- En el caso de las minas de carbón, el mineral se rompe por las maniobra de carga y descarga.

- Produce polvo. - No permite una separación fácil por calidades. - No permite la circulación del personal.